JP7604389B2 - Solid-state imaging device and electronic device - Google Patents
Solid-state imaging device and electronic device Download PDFInfo
- Publication number
- JP7604389B2 JP7604389B2 JP2021558262A JP2021558262A JP7604389B2 JP 7604389 B2 JP7604389 B2 JP 7604389B2 JP 2021558262 A JP2021558262 A JP 2021558262A JP 2021558262 A JP2021558262 A JP 2021558262A JP 7604389 B2 JP7604389 B2 JP 7604389B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- electrode
- insulating film
- film
- conversion unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/802—Geometry or disposition of elements in pixels, e.g. address-lines or gate electrodes
- H10F39/8023—Disposition of the elements in pixels, e.g. smaller elements in the centre of the imager compared to larger elements at the periphery
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
- H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
- H04N25/77—Pixel circuitry, e.g. memories, A/D converters, pixel amplifiers, shared circuits or shared components
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/10—Integrated devices
- H10F39/12—Image sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/802—Geometry or disposition of elements in pixels, e.g. address-lines or gate electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/803—Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/805—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/805—Coatings
- H10F39/8057—Optical shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
- H10F39/80—Constructional details of image sensors
- H10F39/811—Interconnections
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
- H10P14/40—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of conductive or resistive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/40—Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
本技術は、固体撮像装置及び電子機器に関する。 This technology relates to solid-state imaging devices and electronic devices.
近年、デジタルカメラは、益々、普及が進んでおり、その中心部品である固体撮像装置(イメージセンサ)の需要はますます高まっている。そのため、固体撮像装置の性能面としては、高画質化を実現することは必須の要件である。例えば、互いに異なる波長の光を光電変換する複数の有機半導体を含んだ光電変換膜を用いた固体撮像装置に関する技術が提案されている(特許文献1を参照。)。In recent years, digital cameras have become increasingly popular, and the demand for their central components, solid-state imaging devices (image sensors), is increasing. Therefore, in terms of performance, it is essential for solid-state imaging devices to achieve high image quality. For example, a technology has been proposed for a solid-state imaging device that uses a photoelectric conversion film containing multiple organic semiconductors that photoelectrically convert light of different wavelengths (see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1で提案された技術では、固体撮像装置の更なる高画質化を図れないおそれがある。However, the technology proposed in Patent Document 1 may not be able to further improve the image quality of solid-state imaging devices.
そこで、本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、固体撮像装置の更なる高画質化を実現することができる固体撮像装置、及びその固体撮像装置が搭載された電子機器を提供することを主目的とする。Therefore, this technology has been developed in consideration of such circumstances, and its main objective is to provide a solid-state imaging device that can achieve even higher image quality, and an electronic device equipped with such a solid-state imaging device.
本発明者は、上述の目的を解決するために鋭意研究を行った結果、固体撮像装置の更なる高画質化の実現に成功し、本技術を完成するに至った。As a result of intensive research into achieving the above-mentioned objective, the inventor has succeeded in achieving even higher image quality in solid-state imaging devices, thus completing this technology.
すなわち、本技術では、第1の側面として、
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部及び該第2光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第1光電変換部を少なくとも貫通する導電部を介して、該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該導電部の外周の少なくとも一部に絶縁膜部が配され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置を提供する。
That is, in the present technology, as a first aspect,
A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
electrically connecting the first electrode of the second photoelectric conversion unit and a charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a conductive portion that penetrates at least the first photoelectric conversion unit;
an insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the conductive portion;
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
The at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と前記第1光電変換部との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
The at least one insulating film may be disposed between the conductive section and the first photoelectric conversion section so as to cover an outer periphery of the conductive section.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記導電部が、前記第1光電変換部を貫通して前記半導体基板内に到達し、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部及び前記半導体基板との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
the conductive portion penetrates the first photoelectric conversion portion and reaches the inside of the semiconductor substrate,
The at least one insulating film may be disposed between the conductive section, the first photoelectric conversion section, and the semiconductor substrate so as to cover an outer periphery of the conductive section.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して前記光電変換膜と対向して配置された電荷蓄積用電極を含んでよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
Each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit may include a charge storage electrode arranged at a distance from the first electrode and facing the photoelectric conversion film via an insulating layer.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記第2光電変換部が複数の画素を有し、
1つの該画素が、1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
前記電荷蓄積部が、該複数の画素によって共有されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
the second photoelectric conversion unit has a plurality of pixels,
One pixel has one of the charge storage electrodes,
The charge storage portion may be shared by the plurality of pixels.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記第1光電変換部を少なくとも貫通する導電部を介して、前記第1光電変換部の前記第1電極及び前記第2光電変換部の前記第1電極と、前記半導体基板に形成された前記電荷蓄積部とを電気的に接続し、
前記導電部の外周の少なくとも一部に前記絶縁膜部が配され、
前記絶縁膜部が、前記少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有し、
前記第1光電変換部が複数の第1画素を有し、
前記第2光電変換部が複数の第2画素を有し、
1つの該第1画素が1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
1つの該第2画素が1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
該電荷蓄積部が、少なくとも1つの該第1画素と少なくとも1つの該第2画素とによって共有されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
electrically connecting the first electrode of the first photoelectric conversion unit and the first electrode of the second photoelectric conversion unit to the charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a conductive portion that penetrates at least the first photoelectric conversion unit;
the insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the conductive portion,
the insulating film portion is composed of the at least one insulating film,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section;
the first photoelectric conversion unit has a plurality of first pixels,
the second photoelectric conversion unit has a plurality of second pixels,
One of the first pixels has one of the charge storage electrodes,
One of the second pixels has one of the charge storage electrodes,
The charge storage portion may be shared by at least one of the first pixels and at least one of the second pixels.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記絶縁膜部が、前記電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜と、高誘電率材料を有する絶縁膜とから構成されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
The insulating film section may be composed of an insulating film having a fixed charge of the same type as the charge stored in the charge storage section, and an insulating film having a high dielectric constant material.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記高誘電率材料を有する絶縁膜が前記導電部の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が前記高誘電率材料を有する絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率材料を有する絶縁膜が、前記導電部と、前記固定電荷を有する絶縁膜との間に配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する絶縁膜と、前記第1光電変換部との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
an insulating film having the high dielectric constant material is disposed so as to cover an outer periphery of the conductive portion,
the insulating film having a fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the insulating film having a high dielectric constant material,
an insulating film having the high dielectric constant material is disposed between the conductive portion and the insulating film having the fixed charge,
The insulating film having a fixed charge may be disposed between the insulating film having a high dielectric constant material and the first photoelectric conversion section.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記固定電荷を有する絶縁膜が前記導電部の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率を有する絶縁膜が前記固定電荷を有する絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が、前記導電部と、前記高誘電率を有する絶縁膜との間に配されて、
前記高誘電率を有する絶縁膜が、前記固定電荷を有する絶縁膜と、前記第1光電変換部との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
the insulating film having a fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the conductive portion,
the insulating film having a high dielectric constant is disposed so as to cover an outer periphery of the insulating film having a fixed charge,
the insulating film having a fixed charge is disposed between the conductive portion and the insulating film having a high dielectric constant,
The insulating film having a high dielectric constant may be disposed between the insulating film having a fixed charge and the first photoelectric conversion section.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、 前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と前記光電変換膜との間に配された転送層を更に含んでよい。In the solid-state imaging device of the first aspect of the present technology, each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit may further include a transfer layer arranged between the first electrode and the photoelectric conversion film.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
The at least one insulating film may be disposed between the conductive section and the first photoelectric conversion section and the transfer layer included in the first photoelectric conversion section so as to cover an outer periphery of the conductive section.
本技術に係る第1の側面の固体撮像装置においては、
前記導電部が、前記第1光電変換部を貫通して前記半導体基板内に到達し、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部、前記第1光電変換部が含む前記転送層及び前記半導体基板との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the first aspect of the present technology,
the conductive portion penetrates the first photoelectric conversion portion and reaches the inside of the semiconductor substrate,
The at least one insulating film may be arranged between the conductive portion and the first photoelectric conversion portion, the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion, and the semiconductor substrate so as to cover the outer periphery of the conductive portion.
また、本技術では、第2の側面として、
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、
該第2光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第3光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部、該第2光電変換部及び該第3光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第1光電変換部を少なくとも貫通する第1導電部を介して、該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された第1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第1導電部の外周の少なくとも一部に第1絶縁膜部が配され、
該第1絶縁膜部が、少なくとも1層の第1絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第1絶縁膜が、該第1電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有し、
該第2光電変換部及び該第1光電変換部を少なくとも貫通する第2導電部を介して、該第3光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された第2電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第2導電部の外周の少なくとも一部に第2絶縁膜部が配され、
該第2絶縁膜部が、少なくとも1層の第2絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第2絶縁膜が、該第2電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置を提供する。
In addition, in the present technology, as a second aspect,
A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
a third photoelectric conversion unit provided above the second photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
electrically connecting the first electrode of the second photoelectric conversion unit and a first charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a first conductive unit that at least penetrates the first photoelectric conversion unit;
a first insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the first conductive portion;
the first insulating film portion is composed of at least one first insulating film layer,
the at least one first insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the first charge storage portion;
electrically connecting the first electrode of the third photoelectric conversion unit and a second charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a second conductive unit that penetrates at least the second photoelectric conversion unit and the first photoelectric conversion unit;
a second insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the second conductive portion;
the second insulating film portion is composed of at least one layer of a second insulating film,
The at least one second insulating film has a fixed charge of the same type as the charge stored in the second charge storage portion.
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置においては、
前記少なくとも1層の第1絶縁膜が、前記第1導電部の外周を覆うように、前記第1導電部と前記第1光電変換部との間に配され、
前記少なくとも1層の第2絶縁膜が、前記第2導電部の外周を覆うように、前記第2導電部と前記第2光電変換部との間に配され、かつ、前記第2導電部と前記第1光電変換部との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the second aspect of the present technology,
the at least one first insulating film is disposed between the first conductive portion and the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the first conductive portion;
The at least one layer of second insulating film may be arranged between the second conductive portion and the second photoelectric conversion portion so as to cover the outer periphery of the second conductive portion, and may also be arranged between the second conductive portion and the first photoelectric conversion portion.
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置においては、
前記第1光電変換部、前記第2光電変換部及び前記第3光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して前記光電変換膜と対向して配置された電荷蓄積用電極を含んでよい。
In the solid-state imaging device according to the second aspect of the present technology,
Each of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit and the third photoelectric conversion unit may include a charge storage electrode arranged at a distance from the first electrode and facing the photoelectric conversion film via an insulating layer.
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置においては、
前記第1光電変換部、前記第2光電変換部及び前記第3光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と前記光電変換膜との間に配された転送層を更に含んでよい。
In the solid-state imaging device according to the second aspect of the present technology,
Each of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit may further include a transfer layer disposed between the first electrode and the photoelectric conversion film.
本技術に係る第2の側面の固体撮像装置においては、
前記少なくとも1層の第1絶縁膜が、前記第1導電部の外周を覆うように、前記第1導電部と、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配され、
前記少なくとも1層の第2絶縁膜が、前記第2導電部の外周を覆うように、前記第2導電部と、前記第2光電変換部、前記第2光電変換部が含む前記転送層、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配されていてよい。
In the solid-state imaging device according to the second aspect of the present technology,
the at least one first insulating film is disposed between the first conductive portion, and the first photoelectric conversion portion and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the first conductive portion;
The at least one second insulating film may be arranged between the second conductive portion and the second photoelectric conversion portion, the transfer layer included in the second photoelectric conversion portion, the first photoelectric conversion portion, and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion, so as to cover the outer periphery of the second conductive portion.
さらに、本技術では、第3の側面として、
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、を備え、
該光電変換部が、少なくとも、第1電極と、第2電極と、転送層と、該第2電極及び該転送層の間に配された光電変換膜と、該第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して該転送層と対向して配置された電荷蓄積用電極とを含み、
該第1電極が、少なくとも該光電変換膜及び該第2電極を貫通し、
該第1電極と、該半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第1電極の外周の少なくとも一部に絶縁膜部が配され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置を提供する。
Furthermore, in the present technology, as a third aspect,
A semiconductor substrate;
a photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
the photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, a transfer layer, a photoelectric conversion film disposed between the second electrode and the transfer layer, and a charge storage electrode disposed apart from the first electrode and facing the transfer layer via an insulating layer;
the first electrode penetrates at least the photoelectric conversion film and the second electrode;
electrically connecting the first electrode to a charge storage portion formed in the semiconductor substrate;
an insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the first electrode;
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
The at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section.
本技術に係る第3の側面の固体撮像装置においては、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記第1電極の外周を覆うように、前記第1電極と、前記光電変換膜及び前記第2電極との間に配されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a third aspect of the present technology,
The at least one insulating film may be disposed between the first electrode and the photoelectric conversion film and the second electrode so as to cover an outer periphery of the first electrode.
さらに、本技術では、第4の側面として、
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換するN個(Nは2以上の整数)の光電変換部と、を備え、
該N個の光電変換部が積層構造を有し、
該N個の光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換部とを含み、
該半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(nは2以上、N以下、ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)を少なくとも貫通する第n-1導電部を介して、該半導体基板側から数えてn番目(nは2以上、N以下)の該光電変換部の該第1電極と、半導体基板に形成された第n-1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第n-1導電部の外周の少なくとも一部に第n-1絶縁膜部が配され、
該第n-1絶縁膜部が、少なくとも1層の第n-1絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、該第n-1電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置を提供する。
Furthermore, in the present technology, as a fourth aspect,
A semiconductor substrate;
N (N is an integer of 2 or more) photoelectric conversion units provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges,
The N photoelectric conversion units have a stacked structure,
Each of the N photoelectric conversion units includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion unit disposed between the first electrode and the second electrode,
the first electrode of the nth photoelectric conversion unit (n is 2 or more and N or less) counting from the semiconductor substrate side is electrically connected to the n-1th charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via an n-1th conductive portion that penetrates at least the 1st to the n-1th photoelectric conversion units (n is 2 or more and N or less, however, when n=2, it is the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate);
an (n-1)th insulating film portion is disposed on at least a portion of an outer periphery of the (n-1)th conductive portion;
the (n-1)th insulating film portion is composed of at least one (n-1)th insulating film layer,
The at least one (n-1)th insulating film has a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the (n-1)th charge accumulation section.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、該半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)との間に配されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
The at least one n-1th insulating film may be arranged between the n-1th conductive portion and the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) so as to cover the outer periphery of the n-1th conductive portion.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記第n-1導電部が、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板を貫通し、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板との間に配されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
the n-1 conductive portion penetrates through the first to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the first photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) and the semiconductor substrate;
The at least one n-1th insulating film may be arranged between the n-1th conductive portion and the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) and the semiconductor substrate so as to cover the outer periphery of the n-1th conductive portion.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が、前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が含む第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して、前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が含む前記光電変換膜と対向して配置されたN個の電荷蓄積用電極のそれぞれの電荷蓄積用電極を含んでよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
Each photoelectric conversion unit of the N photoelectric conversion units may be arranged at a distance from a first electrode included in each photoelectric conversion unit of the N photoelectric conversion units, and may include a charge storage electrode of each of the N charge storage electrodes arranged opposite the photoelectric conversion film included in each photoelectric conversion unit of the N photoelectric conversion units, via an insulating layer.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記第n光電変換部が複数の第n画素を有し、
1つの該第n画素が、1つの第nの前記電荷蓄積用電極を有し、
前記第n電荷蓄積部が、該複数の第n画素によって共有されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
the nth photoelectric conversion unit has a plurality of nth pixels,
One of the n-th pixels has one of the n-th charge storage electrodes,
The nth charge storage portion may be shared by the plurality of nth pixels.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)を少なくとも貫通する前記第n-1導電部を介して、前記第n光電変換部の前記第1電極及び前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)のそれぞれの前記第1電極と、前記半導体基板に形成された前記第n-1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
前記第n-1導電部の外周の少なくとも一部に前記第n-1絶縁膜部が配され、
前記第n-1絶縁膜部が、前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜から構成され、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有し、
前記第n光電変換部が複数の第n画素を有し、
前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部のそれぞれの光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)が複数の第1画素から第n-1画素のそれぞれの画素を有し、
1つの該第n画素が1つの第nの前記電荷蓄積用電極を有し、
1つの該第1画素から第n-1画素のそれぞれの画素(ただし、n=2のときは、第1画素)が、1つの第1から第n-1の前記電荷蓄積用電極のそれぞれの電荷蓄積用電極を有し、
前記第n-1電荷蓄積部が、少なくとも1つの前記第n画素と、少なくとも1つの前記第1画素から第n-1画素のそれぞれの画素と、によって共有されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
the first electrode of the nth photoelectric conversion unit and each of the first to n-1th photoelectric conversion units counting from the semiconductor substrate (when n=2, the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate) are electrically connected to the n-1th charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via the n-1th conductive unit penetrating at least the first to n-1th photoelectric conversion units counting from the semiconductor substrate (when n=2, the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate);
the (n-1)th insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the (n-1)th conductive portion;
the (n-1)th insulating film portion is composed of the at least one (n-1)th insulating film,
the at least one (n-1)th insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the (n-1)th charge storage portion,
the nth photoelectric conversion unit has a plurality of nth pixels,
each of the first to n-1th photoelectric conversion units counting from the semiconductor substrate (when n=2, the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate) has a plurality of first pixels to n-1th pixels,
Each of the n-th pixels has the n-th charge storage electrode,
Each of the first pixel to the (n-1)th pixel (wherein, when n=2, the first pixel) has a charge storage electrode, each of the first pixel to the (n-1)th pixel,
The (n-1)th charge storage portion may be shared by at least one of the nth pixel and at least one of each of the 1st pixel to the (n-1)th pixel.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記第n-1絶縁膜部が、前記第n-1電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有する第n-1絶縁膜と、高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜とから構成されいてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
The n-1th insulating film portion may be composed of an n-1th insulating film having a fixed charge of the same type as the charge stored in the n-1th charge storage portion, and an n-1th insulating film having a high dielectric constant material.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜が前記第n-1導電部の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部と、前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜との間に配されて、
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜と、前記第n-1光電変換部との間に配されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant material is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th conductive portion,
the (n-1)th insulating film having the fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant material,
the n-1th insulating film having the high dielectric constant material is disposed between the n-1th conductive portion and the n-1th insulating film having the fixed charge,
The (n-1)th insulating film having the fixed charge may be disposed between the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant material and the (n-1)th photoelectric conversion section.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が前記第n-1導電部の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率を有する第n-1絶縁膜が前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部と、前記高誘電率を有する第n-1絶縁膜との間に配されて、
前記高誘電率を有する第n-1絶縁膜が、前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜と、前記第光電変換部との間に配されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
the (n-1)th insulating film having the fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th conductive portion,
the (n-1)th insulating film having a high dielectric constant is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th insulating film having a fixed charge,
the (n-1)th insulating film having the fixed charge is disposed between the (n-1)th conductive portion and the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant,
The (n-1)th insulating film having the high dielectric constant may be disposed between the (n-1)th insulating film having the fixed charge and the photoelectric conversion section.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が、前記第1電極と前記光電変換膜との間に配されたN個の転送層を更に含んでよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
Each of the N photoelectric conversion units may further include N transfer layers disposed between the first electrode and the photoelectric conversion film.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部のそれぞれの光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)が含む前記転送層との間に配されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
The at least one n-1th insulating film may be arranged between the n-1th conductive portion and the transfer layer including the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) and each of the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate), so as to cover the outer periphery of the n-1th conductive portion.
本技術に係る第4の側面の固体撮像装置においては、
前記第n導電部が、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板を貫通し、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部のそれぞれの光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)が含む前記転送層及び前記半導体基板との間に配されていてよい。
In a solid-state imaging device according to a fourth aspect of the present technology,
the n-th conductive portion penetrates through the first to (n-1)th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the first photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) and the semiconductor substrate;
The at least one n-1th insulating film may be arranged between the n-1 conductive portion and the transfer layer and the semiconductor substrate including the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate), and each of the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate), so as to cover the outer periphery of the n-1th conductive portion.
さらにまた、本技術に係る第1~第4の側面の固体撮像装置のうち、いずれか1つの固体撮像装置が搭載された、電子機器を提供する。 Furthermore, the present technology provides an electronic device equipped with any one of the solid-state imaging devices of the first to fourth aspects.
本技術によれば、固体撮像装置の更なる高画質化を実現することができる。なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。 According to this technology, it is possible to realize even higher image quality in solid-state imaging devices. Note that the effects described here are not necessarily limited to those described herein, and may be any of the effects described in this disclosure.
以下、本技術を実施するための好適な形態について説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。なお、特に断りがない限り、図面において、「上」とは図中の上方向又は上側を意味し、「下」とは、図中の下方向又は下側を意味し、「左」とは図中の左方向又は左側を意味し、「右」とは図中の右方向又は右側を意味する。また、図面については、同一又は同等の要素又は部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 The following describes a preferred embodiment for implementing the present technology. The embodiment described below shows an example of a typical embodiment of the present technology, and is not intended to narrow the scope of the present technology. Unless otherwise specified, in the drawings, "upper" means the upper direction or upper side in the drawing, "lower" means the lower direction or lower side in the drawing, "left" means the left direction or left side in the drawing, and "right" means the right direction or right side in the drawing. In addition, in the drawings, the same or equivalent elements or components are given the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
説明は以下の順序で行う。
1.本技術の概要
2.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)
3.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)
4.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)
5.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)
6.第5の実施形態(固体撮像装置の例5)
7.第6の実施形態(固体撮像装置の例6)
8.第7の実施形態(電子機器の例)
9.本技術を適用した固体撮像装置の使用例
10.内視鏡手術システムへの応用例
11.移動体への応用例
The explanation will be given in the following order.
1. Overview of the Present Technology 2. First Embodiment (Example 1 of Solid-State Imaging Device)
3. Second embodiment (second example of solid-state imaging device)
4. Third embodiment (third example of solid-state imaging device)
5. Fourth embodiment (fourth example of solid-state imaging device)
6. Fifth embodiment (fifth example of solid-state imaging device)
7. Sixth embodiment (sixth example of solid-state imaging device)
8. Seventh embodiment (example of electronic device)
9. Example of use of solid-state imaging device using this technology 10. Example of application to endoscopic surgery system 11. Example of application to moving object
<1.本技術の概要>
まず、本技術の概要について説明をする。
1. Overview of this technology
First, an overview of the present technology will be described.
近年、互いに異なる波長の光を光電変換するフォトダイオードを縦に積層する構造を有する固体撮像装置、互いに異なる波長の光を光電変換する有機半導体を含んだ光電変換膜を用いた固体撮像装置、MIS型(Metal Insulator Semiconductor)の領域を持つ光電変換素子を用いた固体撮像装置、蓄積した電荷のスムーズな転送のために光電変換層と絶縁層との間に半導体層を用いた固体撮像装置等に関する技術開発が盛んに行われている。In recent years, there has been active technological development relating to solid-state imaging devices with a structure in which photodiodes that perform photoelectric conversion of light of different wavelengths are stacked vertically, solid-state imaging devices that use a photoelectric conversion film containing organic semiconductors that perform photoelectric conversion of light of different wavelengths, solid-state imaging devices that use photoelectric conversion elements with MIS (Metal Insulator Semiconductor) regions, and solid-state imaging devices that use a semiconductor layer between the photoelectric conversion layer and insulating layer to enable smooth transfer of accumulated electric charges.
縦方向に積層したN個(Nは2以上の整数とする。)以上の光電変換膜(光電変換部)を有する構造の場合、上層の光電変換膜(光電変換部)の信号を読み出すために、下層の光電変換膜(光電変換部)を貫通するように絶縁膜で離間させて、信号読出し電極を設置する必要がある。In the case of a structure having N or more (N is an integer of 2 or more) photoelectric conversion films (photoelectric conversion sections) stacked vertically, in order to read out the signal from the upper photoelectric conversion film (photoelectric conversion section), it is necessary to install a signal readout electrode, spaced apart by an insulating film so as to penetrate the lower photoelectric conversion film (photoelectric conversion section).
しかしながら、この信号読出し電極によって、下層の少なくとも1つの光電変換膜(光電変換部)の電位が変調されてしまい、読み出す電荷を捕獲し、信号低下につながることが懸念される。またこの信号読出し電極を形成するときに下層の少なくとも1つの光電変換膜(光電変換部)にダメージが入り、暗電流の発生が懸念される。上記の問題点に対して、既存の半導体基板(Si基板)に形成されたフォトダイオード(PD)ではイオンドーピング等による不純物プロファイル設計の技術が確立されているが、有機半導体材料等を用いた光電変換膜に対しては技術が確立されていないのが現状である。However, there is a concern that this signal readout electrode modulates the potential of at least one underlying photoelectric conversion film (photoelectric conversion section), trapping the charge to be read out and leading to a decrease in signal quality. In addition, when forming this signal readout electrode, at least one underlying photoelectric conversion film (photoelectric conversion section) may be damaged, resulting in the generation of dark current. To address the above issues, technology has been established for designing impurity profiles using ion doping, etc., for photodiodes (PDs) formed on existing semiconductor substrates (Si substrates), but the current situation is that no technology has been established for photoelectric conversion films using organic semiconductor materials, etc.
本技術は、このような状況を鑑みてなされたものである。本技術では、少なくとも1つの上層の光電変換膜(光電変換部)の信号読出し電極(信号読出し電極に貫通電極を加えた構成のものも含む)が、信号電荷と同極の固定電荷を有する膜で覆われた構造を持つことを特徴とする。例えば、読み出す信号電荷が電子の場合は、信号読出し電極及び/又は貫通電極を覆う絶縁膜が有する固定電荷は負の固定電荷であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、信号読出し電極及び/又は貫通電極を覆う絶縁膜が有する固定電荷は正の固定電荷である。少なくとも、この構造により、少なくとも1つの下層の光電変換膜(光電変換部)の開口率を向上させ、残像や信号低下を抑えることが可能となり、加えて、暗電流発生を抑制することが可能となる。This technology has been developed in consideration of such circumstances. This technology is characterized in that the signal readout electrode (including a configuration in which a through electrode is added to the signal readout electrode) of at least one upper layer photoelectric conversion film (photoelectric conversion section) has a structure covered with a film having a fixed charge of the same polarity as the signal charge. For example, when the signal charge to be read out is an electron, the fixed charge possessed by the insulating film covering the signal readout electrode and/or the through electrode is a negative fixed charge, and when the signal charge to be read out is a hole, the fixed charge possessed by the insulating film covering the signal readout electrode and/or the through electrode is a positive fixed charge. At least, this structure makes it possible to improve the aperture ratio of at least one lower layer photoelectric conversion film (photoelectric conversion section), suppress afterimages and signal degradation, and in addition, suppress the generation of dark current.
次に、本技術に係る固体撮像装置の全体の構成例を、図20を用いて説明をする。Next, an example of the overall configuration of a solid-state imaging device related to the present technology will be explained using Figure 20.
図20は、本技術に係る固体撮像装置(図20中では、固体撮像装置1e)の全体の構成例を示す概略図である。 Figure 20 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a solid-state imaging device relating to the present technology (solid-state imaging device 1e in Figure 20).
固体撮像装置1eは、図20に示すように、半導体基板11e、例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素2eが規則的に2次元的に配列された画素領域(いわゆる撮像領域、画素部)3eと、周辺回路部と、を有して構成される。画素2eは、光電変換部を構成する光電変換膜、例えば、有機半導体を含んだ光電変換膜、無機半導体を含んだ光電変換膜(例えば、フォトダイオード(PD))と、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して4つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素2eは、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、例えば、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する1つのフローティングディフージョンと、共有する1つずつの他の画素トランジスタとから構成される。As shown in FIG. 20, the solid-state imaging device 1e is configured to have a pixel region (so-called imaging region, pixel section) 3e in which pixels 2e including a plurality of photoelectric conversion elements are regularly arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate 11e, for example, a silicon substrate, and a peripheral circuit section. The pixel 2e is configured to have a photoelectric conversion film that configures the photoelectric conversion section, for example, a photoelectric conversion film containing an organic semiconductor, a photoelectric conversion film containing an inorganic semiconductor (for example, a photodiode (PD)), and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors). The plurality of pixel transistors can be configured, for example, of three transistors, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor. In addition, it can be configured of four transistors by adding a selection transistor. The equivalent circuit of the unit pixel is the same as that of a normal pixel, so a detailed description will be omitted. The pixel 2e can also have a shared pixel structure. This pixel sharing structure is configured, for example, of a plurality of photodiodes, a plurality of transfer transistors, one shared floating diffusion, and one other shared pixel transistor.
周辺回路部は、垂直駆動回路4eと、カラム信号処理回路5eと、水平駆動回路6eと、出力回路7eと、制御回路8e等とを有して構成される。The peripheral circuit section is composed of a vertical drive circuit 4e, a column signal processing circuit 5e, a horizontal drive circuit 6e, an output circuit 7e, a control circuit 8e, etc.
制御回路8eは、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路8eでは、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路4e、カラム信号処理回路5e及び水平駆動回路6eなどの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路4e、カラム信号処理回路5e及び水平駆動回路6e等に入力する。The control circuit 8e receives an input clock and data instructing the operating mode, etc., and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device. That is, the control circuit 8e generates clock signals and control signals that serve as the basis for the operation of the vertical drive circuit 4e, column signal processing circuit 5e, horizontal drive circuit 6e, etc., based on the vertical synchronization signal, horizontal synchronization signal, and master clock. These signals are then input to the vertical drive circuit 4e, column signal processing circuit 5e, horizontal drive circuit 6e, etc.
垂直駆動回路4eは、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路4eは、画素領域(画素部)3eの各画素2eを行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線9eを通して各画素2eの光電変換膜、例えば、有機半導体を含んだ光電変換膜、フォトダイオード(PD)等において受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路5eに供給する。The vertical drive circuit 4e is, for example, configured by a shift register, selects pixel drive wiring, supplies a pulse for driving the pixel to the selected pixel drive wiring, and drives the pixel by row. That is, the vertical drive circuit 4e sequentially selects and scans each pixel 2e in the pixel region (pixel portion) 3e in the vertical direction by row, and supplies a pixel signal based on a signal charge generated in the photoelectric conversion film of each pixel 2e, for example, a photoelectric conversion film containing an organic semiconductor, a photodiode (PD), etc. according to the amount of light received, to the column signal processing circuit 5e through the vertical signal line 9e.
カラム信号処理回路5eは、画素2eの例えば列ごとに配置されており、1行分の画素2eから出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路5eは、画素2e固有の固定パターンノイズを除去するためのCDSや、信号増幅、AD変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路5eの出力段には水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線10eとの間に接続されて設けられる。The column signal processing circuit 5e is arranged, for example, for each column of pixels 2e, and performs signal processing such as noise removal for each pixel column on the signals output from the pixels 2e in one row. That is, the column signal processing circuit 5e performs signal processing such as CDS for removing fixed pattern noise specific to the pixels 2e, signal amplification, and AD conversion. A horizontal selection switch (not shown) is provided at the output stage of the column signal processing circuit 5e and connected between the horizontal signal line 10e.
水平駆動回路6eは、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から画素信号を水平信号線10eに出力させる。The horizontal drive circuit 6e is, for example, composed of a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in turn, and output pixel signals from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line 10e.
出力回路7eは、カラム信号処理回路5eの各々から水平信号線10eを通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子12eは、外部と信号のやりとりをする。The output circuit 7e processes and outputs the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5e through the horizontal signal line 10e. For example, the output circuit 7e may only perform buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, etc. The input/output terminal 12e exchanges signals with the outside.
以下、本技術を実施するための好適な形態について図面を参照しながら具体的に説明する。以下に説明する実施形態は、本技術の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本技術の範囲が狭く解釈されることはない。A preferred embodiment for implementing the present technology will be specifically described below with reference to the drawings. The embodiment described below is an example of a representative embodiment of the present technology, and is not intended to narrow the scope of the present technology.
<2.第1の実施形態(固体撮像装置の例1)>
本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置(固体撮像装置の例1)について、図1~図6及び図18を用いて説明をする。
2. First embodiment (first example of solid-state imaging device)
A solid-state imaging device according to a first embodiment of the present technology (first example of a solid-state imaging device) will be described with reference to FIGS. 1 to 6 and 18. FIG.
まず、図1を用いて説明をする。図1は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置100)を示す断面図である。First, an explanation will be given with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 100) according to a first embodiment of the present technology.
固体撮像装置100は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図1中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部100-1と、第1光電変換部100-1の上方(光入射側であって図1中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と100-2とを備える。The solid-state imaging device 100 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 100-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in Figure 1) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 100-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 100-1 (the light incident side, or the upper side in Figure 1) and converts light into electric charges.
第1光電変換部100-1は、第1電極8(読出し電極であり、図1中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図1中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 100-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 1), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 1), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部100-2は、第1電極7(読出し電極であり、図1中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図1中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion section 100-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 1), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 1), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部100-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部100-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 100-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 100-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部100-1は、光電変換膜5と転送層6との間にバッファ層を設けてもよいし、光電変換膜5と第2電極2-2との間にバッファ層を設けてもよい。また、第1光電変換部100-1は、転送層6とバッファ層との間に電荷注入層を設けてもよいし、第2電極2-2とバッファ層との間に電荷注入層を設けてもよい。第2光電変換部100-2は、光電変換膜3と転送層4との間にバッファ層を設けてもよいし、光電変換膜3と第2電極2-1との間にバッファ層を設けてもよい。また、第2光電変換部100-2は、転送層4とバッファ層との間に電荷注入層を設けてもよいし、第2電極2-1とバッファ層との間に電荷注入層を設けてもよい。The first photoelectric conversion section 100-1 may have a buffer layer between the photoelectric conversion film 5 and the transfer layer 6, or may have a buffer layer between the photoelectric conversion film 5 and the second electrode 2-2. The first photoelectric conversion section 100-1 may have a charge injection layer between the transfer layer 6 and the buffer layer, or may have a charge injection layer between the second electrode 2-2 and the buffer layer. The second photoelectric conversion section 100-2 may have a buffer layer between the photoelectric conversion film 3 and the transfer layer 4, or may have a buffer layer between the photoelectric conversion film 3 and the second electrode 2-1. The second photoelectric conversion section 100-2 may have a charge injection layer between the transfer layer 4 and the buffer layer, or may have a charge injection layer between the second electrode 2-1 and the buffer layer.
第1光電変換部100-1を貫通する導電部(貫通電極)12を介して、第2光電変換部100-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部100-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置100には、絶縁層10、第1光電変換部100-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-1が形成されている。接続孔1214-1内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とが、絶縁層11に形成されているビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部100-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-1が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-1内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 100-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion (through electrode) 12 that penetrates the first photoelectric conversion unit 100-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 100-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 100 has a connection hole 1214-1 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 100-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-1, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge storage unit 41 are connected through a via 13 formed in the insulating layer 11. The photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 100-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-1 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-1.
接続孔1214-1内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、光電変換膜5及び光電変換膜5の下方(図1中の下側)の転送層6との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜51が形成されている。詳しくは、図1中の接続孔1214-1を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、光電変換膜5及び転送層6と、絶縁膜51-1(51)と導電部12とがこの順で形成されて、右側では、光電変換膜5及び転送層6と、絶縁膜51-2(51)と導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜51は、図1中の上下方向で見ると、光電変換膜5の上部(図1中では上側)から、転送層6の下部(図1中では下側)まで、すなわち、光電変換膜5の側面全体及び転送層6の側面全体に延在して形成されている。In the connection hole 1214-1, an insulating film 51 having the same type of fixed charge as the charge stored in the charge storage section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode) and the photoelectric conversion film 5 and the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5 (lower side in FIG. 1) so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). In detail, with the connection hole 1214-1 in FIG. 1 as the center reference in the horizontal direction in the figure, the photoelectric conversion film 5 and the transfer layer 6, the insulating film 51-1 (51), and the conductive section 12 are formed in this order on the left side, and the photoelectric conversion film 5 and the transfer layer 6, the insulating film 51-2 (51), and the conductive section 12 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 1, the insulating film 51 is formed extending from the upper part of the photoelectric conversion film 5 (upper side in FIG. 1) to the lower part of the transfer layer 6 (lower side in FIG. 1), that is, extending over the entire side surface of the photoelectric conversion film 5 and the entire side surface of the transfer layer 6.
絶縁膜51は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜51が、固体撮像装置100に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。The insulating film 51 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 51 in the solid-state imaging device 100, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜51が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜51は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜51は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 51 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 51 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 51 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜51が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜51は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜51は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 51 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 51 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 51 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
次に、図2を用いて説明をする。図2は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置200)を示す断面図である。Next, an explanation will be given with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a cross-sectional view showing an example configuration of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 200) according to a first embodiment of the present technology.
固体撮像装置200は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図2中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部200-1と、第1光電変換部200-1の上方(光入射側であって図2中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と200-2とを備える。The solid-state imaging device 200 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 200-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in Figure 2) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 200-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 200-1 (the light incident side, or the upper side in Figure 2) and converts light into electric charges.
第1光電変換部200-1は、第1電極8(読出し電極であり、図2中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図2中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 200-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 2), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 2), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部200-2は、第1電極7(読出し電極であり、図2中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図2中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion section 200-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 2), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 2), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部200-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部200-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 200-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) via the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 200-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) via the insulating layer 10 below the transfer layer.
第1光電変換部200-1を貫通する導電部(貫通電極)12を介して、第2光電変換部200-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部200-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置200には、絶縁層10、第1光電変換部200-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-2が形成されている。接続孔1214-2内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とがビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部200-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-2が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-2内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 200-2 and the charge accumulation unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion (through electrode) 12 that penetrates the first photoelectric conversion unit 200-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 200-2 and the charge accumulation unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 200 has a connection hole 1214-2 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 200-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-2, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge accumulation unit 41 are connected through the via 13. The photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge accumulation unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 200-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-2 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-2.
接続孔1214-2内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜52が形成されている。詳しくは、図2中の接続孔1214-2を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜52-1(52)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜52-2(52)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜52は、図2中の上下方向で見ると、絶縁層10に形成されている第1電極7から、絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。Within the connection hole 1214-2, an insulating film 52 having a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the charge accumulation section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode) and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and the insulating layer 11 below the transfer layer 6, so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). 2 is taken as the center reference in the horizontal direction in the figure, the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, the insulating layer 11 below the transfer layer 6, the insulating film 52-1 (52), and the conductive portion 12 are formed in this order on the left side, and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and the insulating layer 11 below the transfer layer 6, the insulating film 52-2 (52), and the conductive portion 12 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 2, the insulating film 52 is formed extending from the first electrode 7 formed in the insulating layer 10 to the via 13 formed in the insulating layer 11.
絶縁膜52は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜52が、固体撮像装置200に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。The insulating film 52 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 52 in the solid-state imaging device 200, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜52が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜52は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜52は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 52 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 52 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 52 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜52が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜52は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜52は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 52 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 52 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 52 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
図3を用いて説明をする。図3は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置300)を示す平面レイアウト図である。より詳しくは、図3(a)は、図2に示されるE1位置の固体撮像装置200の1画素分の平面レイアウト図であり、図3(b)は、図2に示されるE2位置の固体撮像装置200の1画素分の平面レイアウト図であり、図3(c)は、図2に示されるE3位置の固体撮像装置200の1画素分の平面レイアウト図であり、図3(d)は、図2に示されるE4位置の固体撮像装置200の1画素分の平面レイアウト図であり、図3(e)は、図2に示されるE5位置の固体撮像装置200の1画素分の平面レイアウト図であり、図3(f)は、図2に示されるE6位置の固体撮像装置200の1画素分の平面レイアウト図である。なお、1つの画素は、1つの電荷蓄積用電極1-1若しくは1-2(又は1つのフォトダイオード(PD)9)を有することとし、図2に示される固体撮像装置200においては、1つの電荷蓄積用電極1-1を有する第2光電変換部200-2の1つの第2画素、1つの電荷蓄積用電極1-2を有する第1光電変換部200-1の1つの第1画素及び1つのフォトダイオード(PD)を有する1つの第3画素(1つの第1画素、1つの第2画素及び1つの第3画素を合わせて1つの画素ユニットと称する場合がある。以下同じ。)が示されている。ところで、電荷蓄積用電極1-1又は1-2が複数の電荷蓄積用電極セグメントから構成されている場合は、1つの画素は、複数の電荷蓄積用電極セグメントをたし合わせて1つにしたもの(1つの電荷蓄積用電極1-1又は1-2)を有することとする。すなわち、画素毎に、1つの電荷蓄積用電極セグメントが配されていることとは考えない。以上の画素の定義は、少なくとも本技術には適用することができる。 Description will be given with reference to FIG. 3. FIG. 3 is a planar layout diagram showing a configuration example (solid-state imaging device 300) of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present technology. More specifically, FIG. 3(a) is a planar layout diagram of one pixel of the solid-state imaging device 200 at the E1 position shown in FIG. 2, FIG. 3(b) is a planar layout diagram of one pixel of the solid-state imaging device 200 at the E2 position shown in FIG. 2, FIG. 3(c) is a planar layout diagram of one pixel of the solid-state imaging device 200 at the E3 position shown in FIG. 2, FIG. 3(d) is a planar layout diagram of one pixel of the solid-state imaging device 200 at the E4 position shown in FIG. 2, FIG. 3(e) is a planar layout diagram of one pixel of the solid-state imaging device 200 at the E5 position shown in FIG. 2, and FIG. 3(f) is a planar layout diagram of one pixel of the solid-state imaging device 200 at the E6 position shown in FIG. 2. It is assumed that one pixel has one charge storage electrode 1-1 or 1-2 (or one photodiode (PD) 9), and in the solid-state imaging device 200 shown in FIG. 2, one second pixel of the second photoelectric conversion unit 200-2 having one charge storage electrode 1-1, one first pixel of the first photoelectric conversion unit 200-1 having one charge storage electrode 1-2, and one third pixel having one photodiode (PD) (one first pixel, one second pixel, and one third pixel may be collectively referred to as one pixel unit. The same applies below.) are shown. Incidentally, when the charge storage electrode 1-1 or 1-2 is composed of a plurality of charge storage electrode segments, one pixel has one that is obtained by adding up the plurality of charge storage electrode segments (one charge storage electrode 1-1 or 1-2). In other words, it is not considered that one charge storage electrode segment is arranged for each pixel. The above definition of a pixel is applicable at least to the present technology.
図3(a)には、1画素分(1つの第2画素)の光電変換膜3が示されている、光電変換膜3は、例えば、緑色の光(例えば、波長が495nm~570nmである光)を吸収する光電変換膜である。Figure 3 (a) shows the photoelectric conversion film 3 for one pixel (one second pixel). The photoelectric conversion film 3 is, for example, a photoelectric conversion film that absorbs green light (for example, light having a wavelength of 495 nm to 570 nm).
図3(b)には、図3(b)の左側から順に、絶縁層10に形成された第1電極(信号読出し電極)7と、絶縁層10に形成された電荷蓄積用電極1-1が示されている。図3(b)に示されるように、第1電極(信号読出し電極)7と電荷蓄積用電極1-1はとは略同一平面上に配されて、第2画素毎に、後述する導電部12(貫通電極)を介して第1電極(信号読出し電極)7に接続される1つの電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))(図3(b)中では不図示)が形成されている。3(b) shows, from the left side of FIG. 3(b), a first electrode (signal readout electrode) 7 formed on an insulating layer 10, and a charge storage electrode 1-1 formed on the insulating layer 10. As shown in FIG. 3(b), the first electrode (signal readout electrode) 7 and the charge storage electrode 1-1 are arranged on approximately the same plane, and for each second pixel, one charge storage section (floating diffusion (FD)) (not shown in FIG. 3(b)) is formed that is connected to the first electrode (signal readout electrode) 7 via a conductive section 12 (through electrode) described later.
図3(c)には、図3(c)の左側に、絶縁層10に形成された導電部12(貫通電極)及び負又は正の固定電荷を有する絶縁膜53-cが示されている。図3(c)に示されるように、絶縁膜53-cは、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように形成されている。 In Fig. 3(c), on the left side of Fig. 3(c), a conductive portion 12 (through electrode) formed in the insulating layer 10 and an insulating film 53-c having a negative or positive fixed charge are shown. As shown in Fig. 3(c), the insulating film 53-c is formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (through electrode).
図3(d)には、第2電極2-2と、図3(d)中の左側に形成された導電部12(貫通電極)及び負又は正の固定電荷を有する絶縁膜53-dが示されている。図3(d)に示されるように、絶縁膜53-dは、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように形成されて、導電部12と第2電極2-2とは、絶縁膜53-dを介して絶縁されている。 Figure 3(d) shows the second electrode 2-2, a conductive portion 12 (through electrode) formed on the left side of Figure 3(d), and an insulating film 53-d having a negative or positive fixed charge. As shown in Figure 3(d), the insulating film 53-d is formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (through electrode), and the conductive portion 12 and the second electrode 2-2 are insulated via the insulating film 53-d.
図3(e)には、1画素分(1つの第1画素)の光電変換膜5と、図3(e)中の左側に形成された導電部12(貫通電極)及び負又は正の固定電荷を有する絶縁膜53-eが示されている。光電変換膜5は、例えば、赤色の光(例えば、波長が620nm~750nmである光)を吸収する光電変換膜である。図3(e)に示されるように、絶縁膜53-eは、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように形成されて、絶縁膜53-eにより、光電変換膜5によって光電変換された信号電荷(電子又は正孔)は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることはない。 Figure 3(e) shows the photoelectric conversion film 5 for one pixel (one first pixel), a conductive portion 12 (through electrode) formed on the left side of Figure 3(e), and an insulating film 53-e having a negative or positive fixed charge. The photoelectric conversion film 5 is, for example, a photoelectric conversion film that absorbs red light (for example, light having a wavelength of 620 nm to 750 nm). As shown in Figure 3(e), the insulating film 53-e is formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (through electrode), and the insulating film 53-e prevents the signal charge (electrons or holes) photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 from being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
図3(f)には、図3(f)の左側から順に、絶縁層11に形成された導電部12(貫通電極)及び導電部12(貫通電極)の外周を覆うように形成された負又は正の固定電荷を有する絶縁膜53-fと、電荷蓄積用電極1-2と、第1電極(信号読出し電極)8が示されている。図3(f)に示されるように、絶縁膜53-fと絶縁層11とは、導電部12(貫通電極)と電荷蓄積用電極1-2とを絶縁し、絶縁層11は、電荷蓄積用電極1-2と、第1電極(信号読出し電極)8とを絶縁する。そして、第1電極(信号読出し電極)8と電荷蓄積用電極1-2はとは略同一平面上に配されて、第1画素毎に、導電部15(貫通電極)(図3では不図示)を介して、第1電極(信号読出し電極)8に接続される1つの電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))(図3(b)中では不図示)が形成されている。3(f) shows, from the left, a conductive portion 12 (through electrode) formed in an insulating layer 11, an insulating film 53-f having a negative or positive fixed charge formed to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (through electrode), a charge storage electrode 1-2, and a first electrode (signal readout electrode) 8. As shown in FIG. 3(f), the insulating film 53-f and the insulating layer 11 insulate the conductive portion 12 (through electrode) from the charge storage electrode 1-2, and the insulating layer 11 insulates the charge storage electrode 1-2 from the first electrode (signal readout electrode) 8. The first electrode (signal readout electrode) 8 and the charge storage electrode 1-2 are arranged on approximately the same plane, and for each first pixel, one charge storage section (floating diffusion (FD)) (not shown in FIG. 3(b)) is formed which is connected to the first electrode (signal readout electrode) 8 via a conductive section 15 (through electrode) (not shown in FIG. 3).
図4を用いて説明をする。図4は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置400)を示す平面レイアウト図である。より詳しくは、図4(a)は、図2に示されるE1位置の固体撮像装置200の4画素分の平面レイアウト図であり、図4(b)は、図2に示されるE2位置の固体撮像装置200の4画素分の平面レイアウト図であり、図4(c)は、図2に示されるE3位置の固体撮像装置200の4画素分の平面レイアウト図であり、図4(d)は、図2に示されるE4位置の固体撮像装置200の4画素分の平面レイアウト図であり、図4(e)は、図2に示されるE5位置の固体撮像装置200の4画素分の平面レイアウト図であり、図4(f)は、図2に示されるE6位置の固体撮像装置200の4画素分の平面レイアウト図である。ところで、上述したとおり、図2の固体撮像装置200には、1つの電荷蓄積用電極1-1を有する第2光電変換部200-2の1つの第2画素、1つの電荷蓄積用電極1-2を有する第1光電変換部200-1の1つの第1画素及び1つのフォトダイオード(PD)を有する1つの第3画素(1つの第1画素、1つの第2画素及び1つの第3画素を合わせて1つの画素ユニットと称する場合がある。以下同じ。)を示している。したがって、1つの画素ユニットを示す図2の固体撮像装置200の断面図は、4つの画素ユニットを示す図4の固体撮像装置400の平面レイアウト図とは、厳密には一致していない。 Description will be given with reference to FIG. 4. FIG. 4 is a planar layout diagram showing a configuration example (solid-state imaging device 400) of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present technology. More specifically, FIG. 4(a) is a planar layout diagram of four pixels of the solid-state imaging device 200 at the E1 position shown in FIG. 2, FIG. 4(b) is a planar layout diagram of four pixels of the solid-state imaging device 200 at the E2 position shown in FIG. 2, FIG. 4(c) is a planar layout diagram of four pixels of the solid-state imaging device 200 at the E3 position shown in FIG. 2, FIG. 4(d) is a planar layout diagram of four pixels of the solid-state imaging device 200 at the E4 position shown in FIG. 2, FIG. 4(e) is a planar layout diagram of four pixels of the solid-state imaging device 200 at the E5 position shown in FIG. 2, and FIG. 4(f) is a planar layout diagram of four pixels of the solid-state imaging device 200 at the E6 position shown in FIG. 2. Incidentally, as described above, the solid-state imaging device 200 in Fig. 2 includes one second pixel of the second photoelectric conversion section 200-2 having one charge storage electrode 1-1, one first pixel of the first photoelectric conversion section 200-1 having one charge storage electrode 1-2, and one third pixel having one photodiode (PD) (one first pixel, one second pixel, and one third pixel may be collectively referred to as one pixel unit. The same applies below.) Therefore, the cross-sectional view of the solid-state imaging device 200 in Fig. 2 showing one pixel unit does not strictly match the planar layout diagram of the solid-state imaging device 400 in Fig. 4 showing four pixel units.
図4(a)には、4画素分(4つの第2画素)の光電変換膜3(光電変換膜3-1~3-4)が示されている、光電変換膜3は、例えば、緑色の光(例えば、波長が495nm~570nmである光)を吸収する光電変換膜である。 Figure 4 (a) shows photoelectric conversion films 3 (photoelectric conversion films 3-1 to 3-4) for four pixels (four second pixels). The photoelectric conversion film 3 is, for example, a photoelectric conversion film that absorbs green light (for example, light having a wavelength of 495 nm to 570 nm).
図4(b)には、第2画素毎に、電荷蓄積用電極1-1-1~1-1-4(4画素分)のそれぞれが絶縁層10-1中に形成され、4画素の中心部に、第1電極(信号読出し電極)7-1が形成されている。図3(b)に示されるように、第1電極(信号読出し電極)7-1と4つの電荷蓄積用電極1-1-1~1-1-4とは略同一平面上に配されて、4つの第2画素が、第1電極(信号読出し電極)7-1と、後述する導電部12-1(貫通電極)を介して、第1電極(信号読出し電極)7-1に接続される1つの電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))(図4(b)中では不図示)を共有する。なお、第1電極(信号読出し電極)7-1及び電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))を共有する第2画素の画素数は4画素に限定されることはない。In FIG. 4(b), charge storage electrodes 1-1-1 to 1-1-4 (for four pixels) are formed in the insulating layer 10-1 for each second pixel, and a first electrode (signal readout electrode) 7-1 is formed in the center of the four pixels. As shown in FIG. 3(b), the first electrode (signal readout electrode) 7-1 and the four charge storage electrodes 1-1-1 to 1-1-4 are arranged on approximately the same plane, and the four second pixels share the first electrode (signal readout electrode) 7-1 and one charge storage section (floating diffusion (FD)) (not shown in FIG. 4(b)) connected to the first electrode (signal readout electrode) 7-1 via a conductive section 12-1 (through electrode) described later. Note that the number of second pixels sharing the first electrode (signal readout electrode) 7-1 and the charge storage section (floating diffusion (FD)) is not limited to four pixels.
図4(c)には、図4(c)の中心部(4画素の中心部)に、絶縁層10-1に形成された導電部12-1(貫通電極)及び負又は正の固定電荷を有する絶縁膜54-cが示されている。図4(c)に示されるように、絶縁膜54-cは、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように形成されている。 Figure 4(c) shows, in the center of Figure 4(c) (the center of the four pixels), a conductive portion 12-1 (through electrode) formed in an insulating layer 10-1 and an insulating film 54-c having a negative or positive fixed charge. As shown in Figure 4(c), the insulating film 54-c is formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (through electrode).
図4(d)には、第2電極2-2-1と、図4(d)の中心部(4画素の中心部)に形成された導電部12-1(貫通電極)及び負又は正の固定電荷を有する絶縁膜54-dが示されている。図4(d)に示されるように、絶縁膜54-dは、導電部12-1(貫通電極)の外周を覆うように形成されて、導電部12-1と第2電極2-2-1とは、絶縁膜54-dを介して絶縁されている。 Figure 4(d) shows the second electrode 2-2-1, a conductive portion 12-1 (through electrode) formed in the center of Figure 4(d) (the center of the four pixels), and an insulating film 54-d having a negative or positive fixed charge. As shown in Figure 4(d), the insulating film 54-d is formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12-1 (through electrode), and the conductive portion 12-1 and the second electrode 2-2-1 are insulated via the insulating film 54-d.
図4(e)には、4画素分の光電変換膜5-1と、図4(e)中の中心部に形成された導電部12-1(貫通電極)及び負又は正の固定電荷を有する絶縁膜54-eが示されている。4画素分の光電変換膜5-1は、例えば、赤色の光(例えば、波長が620nm~750nmである光)を吸収する光電変換膜である。図4(e)に示されるように、絶縁膜54-eは導電部12-1(貫通電極)の外周を覆うように形成されて、絶縁膜54-eにより、光電変換膜5(光電変換膜5-1~5-4)によって光電変換された信号電荷(電子又は正孔)は導電部12-1(貫通電極)によって捕獲されることはない。 Figure 4(e) shows photoelectric conversion film 5-1 for four pixels, conductive portion 12-1 (through electrode) formed in the center of Figure 4(e), and insulating film 54-e having negative or positive fixed charge. The photoelectric conversion film 5-1 for four pixels is, for example, a photoelectric conversion film that absorbs red light (for example, light having a wavelength of 620 nm to 750 nm). As shown in Figure 4(e), insulating film 54-e is formed so as to cover the outer periphery of conductive portion 12-1 (through electrode), and insulating film 54-e prevents signal charge (electrons or holes) photoelectrically converted by photoelectric conversion film 5 (photoelectric conversion films 5-1 to 5-4) from being captured by conductive portion 12-1 (through electrode).
図4(f)には、第2画素毎に、電荷蓄積用電極1-2-1~1-2-4(4画素分)のそれぞれが絶縁層11-1中に形成され、4画素の中心部に、導電部12-1(貫通電極)及び導電部12-1(貫通電極)の外周を覆うように形成された負又は正の固定電荷を有する絶縁膜54-fが形成されている。そして、第1電極(信号読出し電極)8-1は、電荷蓄積用電極1-2-1の右上に形成され、第2電極(信号読出し電極)8-2は、電荷蓄積用電極1-2-2の右下に形成され、第2電極(信号読出し電極)8-3は、電荷蓄積用電極1-2-3の左下に形成され、第2電極(信号読出し電極)8-4は、電荷蓄積用電極1-2-4の左上に形成されている。4(f), for each second pixel, charge storage electrodes 1-2-1 to 1-2-4 (for four pixels) are formed in the insulating layer 11-1, and an insulating film 54-f having a negative or positive fixed charge is formed in the center of the four pixels so as to cover the conductive portion 12-1 (through electrode) and the outer periphery of the conductive portion 12-1 (through electrode). The first electrode (signal read electrode) 8-1 is formed in the upper right of the charge storage electrode 1-2-1, the second electrode (signal read electrode) 8-2 is formed in the lower right of the charge storage electrode 1-2-2, the second electrode (signal read electrode) 8-3 is formed in the lower left of the charge storage electrode 1-2-3, and the second electrode (signal read electrode) 8-4 is formed in the upper left of the charge storage electrode 1-2-4.
図4(f)に示されるように、絶縁膜54-fと絶縁層11-1とは、導電部12-1(貫通電極)と電荷蓄積用電極1-2-1~1-2-4とを絶縁し、絶縁層11は、電荷蓄積用電極1-2-1~1-2-4と、第1電極(信号読出し電極)8-1~8-4とを絶縁する。そして、図4(f)に示されるように、第1電極(信号読出し電極)8-1~8-4と電荷蓄積用電極1-2-1~1-2-4とは略同一平面上に配されている。第1電極(信号読出し電極)8-1と、導電部15(貫通電極)(図4では不図示)を介して第1電極8-1に接続される1つの電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))(図4(f)中では不図示)は、電荷蓄積用電極1-2-1を有する画素と、その画素の右画素(図4(f)中では不図示)と上画素(図4(f)中では不図示)と右上画素(図4(f)中では不図示)と(計4画素)によって共有されている。第1電極(信号読出し電極)8-2と、導電部15(貫通電極)(図4では不図示)を介して第1電極8-2に接続される1つの電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))(図4(f)中では不図示)は、電荷蓄積用電極1-2-2を有する画素と、その画素の右画素(図4(f)中では不図示)と下画素(図4(f)中では不図示)と右下画素(図4(f)中では不図示)と(計4画素)によって共有されている。第1電極(信号読出し電極)8-3と、導電部15(貫通電極)(図4では不図示)を介して第1電極8-3に接続される1つの電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))(図4(f)中では不図示)は、電荷蓄積用電極1-2-3を有する画素と、その画素の左画素(図4(f)中では不図示)と下画素(図4(f)中では不図示)と左下画素(図4(f)中では不図示)と(計4画素)によって共有されている。第1電極(信号読出し電極)8-4と、導電部15(貫通電極)(図4では不図示)を介して第1電極8-4に接続される1つの電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))(図4(f)中では不図示)は、電荷蓄積用電極1-2-4を有する画素と、その画素の左画素(図4(f)中では不図示)と上画素(図4(f)中では不図示)と左上画素(図4(f)中では不図示)と(計4画素)によって共有されている。なお、第1電極(信号読出し電極)8-1及び電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))を共有する第2画素の画素数は4画素に限定されることはなく、第1電極(信号読出し電極)8-2及び電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))を共有する第2画素の画素数は4画素に限定されることはなく、第1電極(信号読出し電極)8-3及び電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))を共有する第2画素の画素数は4画素に限定されることはなく、第1電極(信号読出し電極)8-4及び電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))を共有する第2画素の画素数は4画素に限定されることはない。 As shown in Fig. 4(f), the insulating film 54-f and the insulating layer 11-1 insulate the conductive portion 12-1 (through electrode) from the charge storage electrodes 1-2-1 to 1-2-4, and the insulating layer 11 insulates the charge storage electrodes 1-2-1 to 1-2-4 from the first electrodes (signal readout electrodes) 8-1 to 8-4. As shown in Fig. 4(f), the first electrodes (signal readout electrodes) 8-1 to 8-4 and the charge storage electrodes 1-2-1 to 1-2-4 are arranged on approximately the same plane. The first electrode (signal readout electrode) 8-1 and one charge storage section (floating diffusion (FD)) (not shown in FIG. 4(f)) connected to the first electrode 8-1 via a conductive section 15 (through electrode) (not shown in FIG. 4) are shared by a pixel having a charge storage electrode 1-2-1, and the pixel to the right of that pixel (not shown in FIG. 4(f)), the pixel above (not shown in FIG. 4(f)), and the upper right pixel (not shown in FIG. 4(f)) (a total of four pixels). The first electrode (signal readout electrode) 8-2 and one charge storage section (floating diffusion (FD)) (not shown in FIG. 4(f)) connected to the first electrode 8-2 via a conductive section 15 (through electrode) (not shown in FIG. 4) are shared by a pixel having a charge storage electrode 1-2-2, and the pixel to the right of that pixel (not shown in FIG. 4(f)), the pixel below (not shown in FIG. 4(f)), and the pixel to the lower right (not shown in FIG. 4(f)) (a total of four pixels). A first electrode (signal readout electrode) 8-3 and one charge storage section (floating diffusion (FD)) (not shown in FIG. 4(f)) connected to the first electrode 8-3 via a conductive section 15 (through electrode) (not shown in FIG. 4) are shared by a pixel having a charge storage electrode 1-2-3, and the pixel to the left of that pixel (not shown in FIG. 4(f)), the pixel below (not shown in FIG. 4(f)), and the pixel to the lower left (not shown in FIG. 4(f)) (a total of four pixels). A first electrode (signal readout electrode) 8-4 and one charge storage section (floating diffusion (FD)) (not shown in FIG. 4(f)) connected to the first electrode 8-4 via a conductive section 15 (through electrode) (not shown in FIG. 4) are shared by a pixel having a charge storage electrode 1-2-4, and the pixel to the left of that pixel (not shown in FIG. 4(f)), the pixel above (not shown in FIG. 4(f)), and the upper left pixel (not shown in FIG. 4(f)) (a total of four pixels). In addition, the number of second pixels sharing the first electrode (signal readout electrode) 8-1 and the charge accumulation portion (floating diffusion (FD)) is not limited to four pixels, the number of second pixels sharing the first electrode (signal readout electrode) 8-2 and the charge accumulation portion (floating diffusion (FD)) is not limited to four pixels, the number of second pixels sharing the first electrode (signal readout electrode) 8-3 and the charge accumulation portion (floating diffusion (FD)) is not limited to four pixels, and the number of second pixels sharing the first electrode (signal readout electrode) 8-4 and the charge accumulation portion (floating diffusion (FD)) is not limited to four pixels.
図5を用いて説明をする。図5中の図5(a)は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置500a)を示す平面レイアウト図である。より詳しくは、図5(a)は、図3(f)に、遮光電極を配置したことを示す平面レイアウト図である。
図5中の図5(b)は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置500b)を示す平面レイアウト図である。より詳しくは、図5(b)は、図4(f)に、遮光電極を配置したことを示す平面レイアウト図である。
The description will be given with reference to Fig. 5. Fig. 5(a) in Fig. 5 is a planar layout diagram showing a configuration example (solid-state imaging device 500a) of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present technology. More specifically, Fig. 5(a) is a planar layout diagram showing that a light-shielding electrode is arranged in Fig. 3(f).
Fig. 5B in Fig. 5 is a planar layout diagram showing a configuration example (solid-state imaging device 500b) of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present technology. More specifically, Fig. 5B is a planar layout diagram showing that a light-shielding electrode is arranged in Fig. 4F.
図5(a)には、導電部12(貫通電極)及び導電部12(貫通電極)の外周を覆うように形成された負又は正の固定電荷を有する絶縁膜55-aを囲うように、遮蔽電極60が形成されて、電荷蓄積用電極1-2及び第1電極(信号読出し電極)8を囲うように、遮蔽電極60が形成されている。In Figure 5 (a), a shielding electrode 60 is formed to surround the conductive portion 12 (through electrode) and an insulating film 55-a having a negative or positive fixed charge formed to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (through electrode), and a shielding electrode 60 is formed to surround the charge storage electrode 1-2 and the first electrode (signal readout electrode) 8.
図5(b)には、導電部12-1(貫通電極)及び導電部12-1(貫通電極)の外周を覆うように形成された負又は正の固定電荷を有する絶縁膜55-bを囲うように、遮蔽電極61が形成されている。そして、4つの画素の中心部を基準にして、4つの画素中の右上の画素が有する電荷蓄積用電極1-2-1を囲うように、遮蔽電極61が形成されて、4つの画素中の右下の画素が有する電荷蓄積用電極1-2-2を囲うように、遮蔽電極61が形成されて、4つの画素中の左下の画素が有する電荷蓄積用電極1-2-3を囲うように、遮蔽電極61が形成されて、4つの画素中の左上の画素が有する電荷蓄積用電極1-2-4を囲うように、遮蔽電極61が形成されている。5B, a shielding electrode 61 is formed to surround the conductive portion 12-1 (through electrode) and the insulating film 55-b having a negative or positive fixed charge formed to cover the outer periphery of the conductive portion 12-1 (through electrode). Then, based on the center of the four pixels, the shielding electrode 61 is formed to surround the charge storage electrode 1-2-1 of the upper right pixel of the four pixels, the shielding electrode 61 is formed to surround the charge storage electrode 1-2-2 of the lower right pixel of the four pixels, the shielding electrode 61 is formed to surround the charge storage electrode 1-2-3 of the lower left pixel of the four pixels, and the shielding electrode 61 is formed to surround the charge storage electrode 1-2-4 of the upper left pixel of the four pixels.
図6を用いて説明をする。図6は、本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置600)を示す断面図である。The following description will be given with reference to Figure 6. Figure 6 is a cross-sectional view showing an example configuration of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 600) according to a first embodiment of the present technology.
固体撮像装置600は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図6中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部600-1と、第1光電変換部600-1の上方(光入射側であって図6中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と600-2とを備える。The solid-state imaging device 600 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 600-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in Figure 6) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 600-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 600-1 (the light incident side, or the upper side in Figure 6) and converts light into electric charges.
第1光電変換部600-1は、第1電極8(読出し電極であり、図6中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図6中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 600-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 6), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 6), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部600-2は、第1電極7(読出し電極であり、図6中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図6中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion unit 600-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 6), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 6), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部600-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部600-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 600-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 600-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部600-1を貫通する導電部(貫通電極)12を介して、第2光電変換部600-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部600-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置600には、絶縁層10、第1光電変換部600-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-6が形成されている。接続孔1214-6内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とがビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部600-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-6が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-6内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 600-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion (through electrode) 12 that penetrates the first photoelectric conversion unit 600-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 600-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 600 has a connection hole 1214-6 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 600-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-6, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge storage unit 41 are connected through the via 13. The photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 600-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-6 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-6.
接続孔1214-6内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11との間に、高誘電率材料を有する絶縁膜76が形成されて、高誘電率材料を有する絶縁膜76の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜56が形成されている。詳しくは、図6中の接続孔1214-16を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜56-1(56)と、絶縁膜76-1(76)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜56-2(56)と、絶縁膜76-1(76)と、導電部12とが、この順で形成されている。絶縁膜56及び絶縁膜76は、図6中の上下方向で見ると、絶縁層10に形成されている第1電極7から、絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。Within the connection hole 1214-6, an insulating film 76 having a high dielectric constant material is formed between the conductive portion 12 (through electrode) and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and the insulating layer 11 below the transfer layer 6, so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (through electrode), and an insulating film 56 having a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the charge accumulation portion 41 is formed between the conductive portion 12 (through electrode) and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and the insulating layer 11 below the transfer layer 6, so as to cover the outer periphery of the insulating film 76 having a high dielectric constant material. In detail, with the connection hole 1214-16 in Figure 6 being used as the center reference in the left-right direction in the figure, on the left side, an insulating layer 10, a second electrode 2-2 below the insulating layer 10, a photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, a transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, an insulating layer 11 below the transfer layer 6, an insulating film 56-1 (56), an insulating film 76-1 (76), and a conductive portion 12 are formed in this order, and on the right side, an insulating layer 10, a second electrode 2-2 below the insulating layer 10, a photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, a transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, an insulating layer 11 below the transfer layer 6, an insulating film 56-2 (56), an insulating film 76-1 (76), and a conductive portion 12 are formed in this order. When viewed in the top-bottom direction in FIG. 6 , the insulating film 56 and the insulating film 76 are formed to extend from the first electrode 7 formed in the insulating layer 10 to the via 13 formed in the insulating layer 11 .
絶縁膜56は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜56が、固体撮像装置600に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。 The insulating film 56 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 56 in the solid-state imaging device 600, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜56が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜56は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜56は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 56 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 56 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 56 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜56が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜56は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜56は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 56 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 56 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 56 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
高誘電率材料を有する絶縁膜76を用いることで、貫通電極からの電位変調の影響を、より低減することが可能となる。高誘電率材料を有する絶縁膜76は、例えば、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)及びSTO(Strontium Titan Oxide)からなる群から選ばれる少なくとも1種を含んで構成させることができる。 By using the insulating film 76 having a high dielectric constant material, it is possible to further reduce the influence of potential modulation from the through electrode. The insulating film 76 having a high dielectric constant material can be configured to include at least one selected from the group consisting of hafnium oxide (HfO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), and STO (strontium titanium oxide).
固定電荷を有する絶縁膜56と高誘電率材料を有する絶縁膜76とは2層構造(2つの膜構造)から構成されてもよいが、これに限定されることはなく、例えば、固定電荷を有する絶縁膜56と高誘電率材料を有する絶縁膜76とを1つの層(1つの膜)としてもよい。The insulating film 56 having a fixed charge and the insulating film 76 having a high dielectric constant material may be constructed as a two-layer structure (two film structures), but is not limited to this. For example, the insulating film 56 having a fixed charge and the insulating film 76 having a high dielectric constant material may be formed as one layer (one film).
最後に、図18を用いて説明をする。図18は、固定電荷を有する絶縁膜と固定電荷を有さない絶縁膜との比較結果の一例を示す図である。より詳しくは、図18中の図18(a)は、導電部12の外周を覆うように形成された、固定電荷を有さない絶縁膜5018(図18(a)中の左側は絶縁膜5018-1を示し、図18(b)中の右側は絶縁膜5018-2を示す。)が示されている。図18中の図18(b)は、導電部12の外周を覆うように形成された、固定電荷を有する(図18(b)では負の固定電荷m)絶縁膜518(図18(b)中の左側は絶縁膜518-1を示し、図18(b)中の右側は絶縁膜518-2を示す。)が示されている。Finally, an explanation will be given using FIG. 18. FIG. 18 is a diagram showing an example of the results of a comparison between an insulating film having a fixed charge and an insulating film having no fixed charge. More specifically, FIG. 18(a) in FIG. 18 shows an insulating film 5018 having no fixed charge (the left side in FIG. 18(a) shows insulating film 5018-1, and the right side in FIG. 18(b) shows insulating film 5018-2) formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12. FIG. 18(b) in FIG. 18 shows an insulating film 518 having a fixed charge (negative fixed charge m in FIG. 18(b)) formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (the left side in FIG. 18(b) shows insulating film 518-1, and the right side in FIG. 18(b) shows insulating film 518-2).
図18(a)に示されるように、光電変換膜5で光電変換されて生成された信号電荷(図18(a)では電子)は、矢印S18aに示されるように、導電部12(貫通電極)によって捕獲されて、光電変換膜5の開口率が低下し、残像やランダムノイズが悪化する。As shown in Figure 18(a), the signal charge (electrons in Figure 18(a)) generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film 5 is captured by the conductive portion 12 (through electrode) as shown by arrow S18a, reducing the aperture ratio of the photoelectric conversion film 5 and worsening the afterimage and random noise.
図18(b)に示されるように、光電変換膜5で光電変換されて生成された信号電荷(図18(b)では電子)は、矢印S18bに示されるように、導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、転送層6に蓄積され、光電変換膜5の開口率が低下せず、残像やランダムノイズが悪化すことはなく、暗電流が改善される。さらに、図5で説明したような遮蔽電極を必要としないので、必要としない分に応じて、例えば、フォトダイオード(PD)の電子の量を増加させることができる。また、遮蔽電極を必要としないスペース分に応じて、電荷蓄積用電極1-2の面積を大きくすることができる。 As shown in FIG. 18(b), the signal charge (electrons in FIG. 18(b)) generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film 5 is accumulated in the transfer layer 6 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode) as shown by arrow S18b, so that the aperture ratio of the photoelectric conversion film 5 does not decrease, afterimages and random noise do not worsen, and dark current is improved. Furthermore, since a shielding electrode as described in FIG. 5 is not required, the amount of electrons in the photodiode (PD), for example, can be increased depending on the amount not required. Also, the area of the charge storage electrode 1-2 can be increased depending on the space where a shielding electrode is not required.
以上、本技術に係る第1の実施形態(固体撮像装置の例1)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、後述する本技術に係る第2~第6の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。The above description of the solid-state imaging device of the first embodiment (example 1 of solid-state imaging device) of the present technology can be applied to the solid-state imaging devices of the second to sixth embodiments of the present technology described below, unless there is any particular technical contradiction.
<3.第2の実施形態(固体撮像装置の例2)>
本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置(固体撮像装置の例2)について、図7~図10を用いて説明をする。
3. Second embodiment (second example of solid-state imaging device)
A solid-state imaging device according to a second embodiment of the present technology (second example of a solid-state imaging device) will be described with reference to FIGS.
まず、図7を用いて説明をする。図7は、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置700)を示す断面図である。First, an explanation will be given with reference to Fig. 7. Fig. 7 is a cross-sectional view showing an example configuration (solid-state imaging device 700) of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present technology.
固体撮像装置700は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図7中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部700-1と、第1光電変換部700-1の上方(光入射側であって図7中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と700-2とを備える。The solid-state imaging device 700 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 700-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in Figure 7) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 700-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 700-1 (the light incident side, or the upper side in Figure 7) and converts light into electric charges.
第1光電変換部700-1は、第1電極8(読出し電極であり、図7中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図7中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 700-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 7), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 7), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部700-2は、第1電極7(読出し電極であり、図7中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図7中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion unit 700-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 7), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 7), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部700-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部700-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 700-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 700-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部700-1を貫通する導電部(貫通電極)12を介して、第2光電変換部700-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部700-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置700には、絶縁層10、第1光電変換部700-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-7が形成されている。接続孔1214-7内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とがビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部700-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-7が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-7内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 700-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion (through electrode) 12 that penetrates the first photoelectric conversion unit 700-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 700-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 700 has a connection hole 1214-7 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 700-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-7, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge storage unit 41 are connected through the via 13. The photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 700-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-7 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-7.
接続孔1214-7内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜57が形成されている。詳しくは、図7中の接続孔1214-7を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜57-1(57)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜57-2(57)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜57は、図7中の上下方向で見ると、絶縁層10に平面状(ベタ状)に形成されている絶縁膜57-3(57)から、絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。Within the connection hole 1214-7, an insulating film 57 having a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the charge accumulation section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode) and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and the insulating layer 11 below the transfer layer 6, so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). 7 is taken as the center reference in the horizontal direction in the figure, the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, the insulating layer 11 below the transfer layer 6, the insulating film 57-1 (57), and the conductive portion 12 are formed in this order on the left side, and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, the insulating layer 11 below the transfer layer 6, the insulating film 57-2 (57), and the conductive portion 12 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 7, the insulating film 57 is formed extending from the insulating film 57-3 (57) formed in a planar shape (solid shape) on the insulating layer 10 to the via 13 formed in the insulating layer 11.
固体撮像装置700においては、図7中のQ7まで形成した後、すなわち、半導体基板30、第1光電変換部700-1及び絶縁層10を形成した後に、高さレベル(図7中の上下方向)として、Q7の位置から、第1電極8(ビア13)の位置まで、接続孔1214-7を貫通して形成して、例えば、ALD法によって、絶縁膜57を接続孔1214-7に埋め込んで形成して、絶縁膜57-3(57)を、絶縁層10上に、ベタ状(平面状)に成膜して形成する。なお、絶縁膜57-3(57)は、成膜後に、エッチング等により除去してもよい。7, that is, after the semiconductor substrate 30, the first photoelectric conversion unit 700-1, and the insulating layer 10 are formed, the connection hole 1214-7 is formed from the position of Q7 to the position of the first electrode 8 (via 13) as a height level (vertical direction in FIG. 7), and the insulating film 57 is formed by embedding it in the connection hole 1214-7 by, for example, the ALD method, and the insulating film 57-3 (57) is formed in a solid (flat) shape on the insulating layer 10. Note that the insulating film 57-3 (57) may be removed by etching or the like after the film formation.
絶縁膜57は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜57が、固体撮像装置700に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。 The insulating film 57 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 57 in the solid-state imaging device 700, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜57が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜57は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜57は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 57 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 57 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 57 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜57が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜57は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜57は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 57 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 57 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 57 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
次に、図8を用いて説明をする。図8は、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置800)を示す断面図である。Next, an explanation will be given with reference to Fig. 8. Fig. 8 is a cross-sectional view showing an example configuration (solid-state imaging device 800) of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present technology.
固体撮像装置800は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図8中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部800-1と、第1光電変換部800-1の上方(光入射側であって図8中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と800-2とを備える。The solid-state imaging device 800 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 800-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in Figure 8) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 800-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 800-1 (the light incident side, or the upper side in Figure 8) and converts light into electric charges.
第1光電変換部800-1は、第1電極8(読出し電極であり、図8中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図8中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 800-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 8), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 8), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部800-2は、第1電極7(読出し電極であり、図8中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図8中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion unit 800-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 8), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 8), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部800-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部800-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 800-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) via the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 800-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) via the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部800-1及び半導体基板30を貫通する導電部(貫通電極)12-2を介して、第2光電変換部800-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部800-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置800には、絶縁層10、第1光電変換部800-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-8が形成されている。接続孔1214-8内には導電部(貫通電極)12-2が形成されて、第1電極7が、導電部(貫通電極)12-2を介して、電荷蓄積部41と接続している。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部800-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-8が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-8内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。 The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 800-2 is electrically connected to the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 via the conductive portion (through electrode) 12-2 that penetrates the first photoelectric conversion unit 800-1 and the semiconductor substrate 30. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 800-2 to the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 800 has a connection hole 1214-8 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 800-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12-2 is formed in the connection hole 1214-8, and the first electrode 7 is connected to the charge storage unit 41 via the conductive portion (through electrode) 12-2. The photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 800-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-8 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-8.
接続孔1214-8内には、導電部12-2(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12-2(貫通電極)と、絶縁層10、第1光電変換部800-1及び半導体基板30との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜58が形成されている。詳しくは、図8中の接続孔1214-8を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、第1光電変換部800-1及び半導体基板30と、絶縁膜58-1(58)と、導電部12-2とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10、第1光電変換部800-1及び半導体基板30と、絶縁膜58-2(58)と、導電部12-2とがこの順で形成されている。絶縁膜58は、図8中の上下方向で見ると、絶縁層10に形成されている第1電極7から、半導体基板30に形成されている電荷蓄積部41まで延在して形成されている。In the connection hole 1214-8, an insulating film 58 having a fixed charge of the same type as the charge stored in the charge storage section 41 is formed between the conductive section 12-2 (through electrode) and the insulating layer 10, the first photoelectric conversion section 800-1, and the semiconductor substrate 30 so as to cover the outer periphery of the conductive section 12-2 (through electrode). In more detail, with the connection hole 1214-8 in FIG. 8 as the center reference in the left-right direction in the figure, the insulating layer 10, the first photoelectric conversion section 800-1, and the semiconductor substrate 30, the insulating film 58-1 (58), and the conductive section 12-2 are formed in this order on the left side, and the insulating layer 10, the insulating layer 10, the first photoelectric conversion section 800-1, and the semiconductor substrate 30, the insulating film 58-2 (58), and the conductive section 12-2 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 8 , the insulating film 58 is formed to extend from the first electrode 7 formed on the insulating layer 10 to the charge accumulation portion 41 formed on the semiconductor substrate 30 .
固体撮像装置800においては、図8中のQ8まで形成した後、すなわち、半導体基板30、第1光電変換部800-1及び絶縁層10を形成した後に、高さレベル(図8中の上下方向)として、Q8の位置から、電荷蓄積部41の位置まで、接続孔1214-8を貫通して形成して、導電部12-2及び絶縁膜58を接続孔1214-87に埋め込んで形成される。In the solid-state imaging device 800, after formation up to Q8 in FIG. 8, i.e., after forming the semiconductor substrate 30, the first photoelectric conversion section 800-1 and the insulating layer 10, the height level (vertical direction in FIG. 8) is formed from the position of Q8 to the position of the charge storage section 41, penetrating the connection hole 1214-8, and the conductive section 12-2 and the insulating film 58 are embedded in the connection hole 1214-87.
絶縁膜58は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜58が、固体撮像装置800に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12-2(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。 The insulating film 58 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 58 in the solid-state imaging device 800, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12-2 (through electrode).
絶縁膜58が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜58は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜58は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 58 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 58 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 58 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜58が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜58は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜58は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 58 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 58 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 58 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
図9を用いて説明をする。図9は、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置900)を示す断面図である。The following description will be given with reference to Figure 9. Figure 9 is a cross-sectional view showing an example configuration (solid-state imaging device 900) of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present technology.
固体撮像装置900は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図9中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部900-1と、第1光電変換部900-1の上方(光入射側であって図9中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と900-2とを備える。The solid-state imaging device 900 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 900-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in FIG. 9) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 900-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 900-1 (the light incident side, or the upper side in FIG. 9) and converts light into electric charges.
第1光電変換部900-1は、第1電極8(読出し電極であり、図9中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図9中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 900-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 9), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 9), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部900-2は、第1電極7(読出し電極であり、図9中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図9中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion unit 900-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 9), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 9), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部900-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部900-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 900-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 900-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部900-1及び半導体基板30を貫通する導電部(貫通電極)12-3を介して、第2光電変換部900-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部900-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置900には、絶縁層10、第1光電変換部900-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-9が形成されている。接続孔1214-9内には導電部(貫通電極)12-3が形成されて、第1電極7が、導電部(貫通電極)12-3を介して、電荷蓄積部41と接続している。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部900-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-9が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-9内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。 The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 900-2 is electrically connected to the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 via a conductive portion (through electrode) 12-3 that penetrates the first photoelectric conversion unit 900-1 and the semiconductor substrate 30. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 900-2 to the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 1214-9 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 900-1, and the semiconductor substrate 30 is formed in the solid-state imaging device 900. A conductive portion (through electrode) 12-3 is formed in the connection hole 1214-9, and the first electrode 7 is connected to the charge storage unit 41 via the conductive portion (through electrode) 12-3. The photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 900-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-9 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-9.
接続孔1214-9内には、導電部12-3(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12-3(貫通電極)と、絶縁層10、第1光電変換部900-1及び半導体基板30との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜59が形成されている。詳しくは、図9中の接続孔1214-9を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、第1光電変換部900-1及び半導体基板30と、絶縁膜59-1(59)と、導電部12-3とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10、第1光電変換部900-1及び半導体基板30と、絶縁膜59-2(59)と、導電部12-3とがこの順で形成されている。絶縁膜59は、図9中の上下方向で見ると、絶縁層10にベタ状(平面状)に形成されている絶縁膜59-3(59)から、半導体基板30に形成されている電荷蓄積部41まで延在して形成されている。In the connection hole 1214-9, an insulating film 59 having a fixed charge of the same type as the charge stored in the charge storage section 41 is formed between the conductive section 12-3 (through electrode) and the insulating layer 10, the first photoelectric conversion section 900-1, and the semiconductor substrate 30 so as to cover the outer periphery of the conductive section 12-3 (through electrode). In more detail, with the connection hole 1214-9 in FIG. 9 as the center reference in the left-right direction in the figure, the insulating layer 10, the first photoelectric conversion section 900-1, and the semiconductor substrate 30, the insulating film 59-1 (59), and the conductive section 12-3 are formed in this order on the left side, and the insulating layer 10, the insulating layer 10, the first photoelectric conversion section 900-1, and the semiconductor substrate 30, the insulating film 59-2 (59), and the conductive section 12-3 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in Figure 9, the insulating film 59 is formed to extend from the insulating film 59-3 (59) formed in a solid (planar) shape on the insulating layer 10 to the charge storage section 41 formed on the semiconductor substrate 30.
固体撮像装置900においては、図9中のQ9まで形成した後、すなわち、半導体基板30、第1光電変換部900-1及び絶縁層10を形成した後に、高さレベル(図9中の上下方向)として、Q9の位置から、電荷蓄積部41の位置まで、接続孔1214-9を貫通して形成して、例えば、ALD法によって、絶縁膜59を接続孔1214-9に埋め込んで形成して、絶縁膜59-3(59)を、絶縁層10上に、ベタ状(平面状)に成膜して形成する。なお、絶縁膜59-3(59)は、成膜後に、エッチング等により除去してもよい。9, that is, after the semiconductor substrate 30, the first photoelectric conversion unit 900-1, and the insulating layer 10 are formed, the connection hole 1214-9 is formed from the position of Q9 to the position of the charge storage unit 41 in terms of height level (vertical direction in FIG. 9), and the insulating film 59 is formed by embedding it in the connection hole 1214-9 by, for example, the ALD method, and the insulating film 59-3 (59) is formed in a solid (flat) shape on the insulating layer 10. Note that the insulating film 59-3 (59) may be removed by etching or the like after the film formation.
絶縁膜59は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜59が、固体撮像装置900に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12-3(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。 The insulating film 59 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 59 in the solid-state imaging device 900, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12-3 (through electrode).
絶縁膜59が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜59は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜59は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 59 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 59 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 59 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜59が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜59は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜59は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 59 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 59 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 59 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
最後に、図10を用いて説明をする。図10は、本技術に係る第2の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1000)を示す断面図である。Finally, we will explain using Figure 10. Figure 10 is a cross-sectional view showing an example configuration (solid-state imaging device 1000) of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present technology.
固体撮像装置1000は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図10中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部1000-1と、第1光電変換部1000-1の上方(光入射側であって図10中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と1000-2とを備える。The solid-state imaging device 1000 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 1000-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in Figure 10) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 1000-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 1000-1 (the light incident side, or the upper side in Figure 10) and converts light into electric charges.
第1光電変換部1000-1は、第1電極8(読出し電極であり、図10中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図10中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 1000-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 10), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 10), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部1000-2は、第1電極7(読出し電極であり、図10中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図10中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion unit 1000-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 10), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 10), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部1000-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部1000-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 1000-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 1000-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部1000-1を貫通する導電部(貫通電極)12を介して、第2光電変換部1000-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部1000-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置1000には、絶縁層10、第1光電変換部1000-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-10が形成されている。接続孔1214-10内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とがビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部1000-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-10が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-10内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1000-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion (through electrode) 12 that penetrates the first photoelectric conversion unit 1000-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1000-2 and the charge storage unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1000 has a connection hole 1214-10 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 1000-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-10, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge storage unit 41 are connected through the via 13. The photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 1000-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-10 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-10.
接続孔1214-10内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、光電変換膜5、光電変換膜5の下方(図10中の下側)の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜510が形成されている。詳しくは、図10中の接続孔1214-10を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、光電変換膜5、転送層6及び絶縁層11と、絶縁膜510-1(510)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、光電変換膜5、転送層6及び絶縁層11と、絶縁膜510-2(510)と導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜510は、図10中の上下方向で見ると、光電変換部5の上部(図10中では上側)から、絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。In the connection hole 1214-10, an insulating film 510 having a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the charge accumulation section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode), the photoelectric conversion film 5, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5 (lower side in FIG. 10), and the insulating layer 11 below the transfer layer 6 so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). In more detail, with the connection hole 1214-10 in FIG. 10 as the center reference in the left-right direction in the figure, the photoelectric conversion film 5, the transfer layer 6, the insulating film 510-1 (510), and the conductive section 12 are formed in this order on the left side, and the photoelectric conversion film 5, the transfer layer 6, the insulating film 510-2 (510), and the conductive section 12 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 10 , the insulating film 510 is formed to extend from the upper part of the photoelectric conversion portion 5 (the upper side in FIG. 10 ) to the via 13 formed in the insulating layer 11 .
絶縁膜510は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜510が、固体撮像装置1000に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。The insulating film 510 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 510 in the solid-state imaging device 1000, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜510が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜510は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜510は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 510 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 510 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 510 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜510が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜510は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜510は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 510 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 510 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 510 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
以上、本技術に係る第2の実施形態(固体撮像装置の例2)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第3~第6の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。The above description of the solid-state imaging device of the second embodiment (example 2 of solid-state imaging device) of the present technology can be applied to the solid-state imaging device of the first embodiment of the present technology described above and the solid-state imaging devices of the third to sixth embodiments of the present technology described below, unless there is any particular technical contradiction.
<4.第3の実施形態(固体撮像装置の例3)>
本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置(固体撮像装置の例3)について、図11~図12を用いて説明をする。
4. Third embodiment (third example of solid-state imaging device)
A solid-state imaging device according to a third embodiment of the present technology (third example of a solid-state imaging device) will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG.
まず、図11を用いて説明をする。図11は、本技術に係る第3の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1100)を示す断面図である。First, an explanation will be given with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a cross-sectional view showing an example configuration (solid-state imaging device 1100) of a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present technology.
固体撮像装置1100は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図11中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部1100-1と、第1光電変換部1100-1の上方(光入射側であって図11中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と1100-2とを備える。The solid-state imaging device 1100 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 1100-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in FIG. 11) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 1100-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 1100-1 (the light incident side, or the upper side in FIG. 11) and converts light into electric charges.
第1光電変換部1100-1は、第1電極8(読出し電極であり、図11中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図11中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。そして、第1光電変換部1100-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。The first photoelectric conversion section 1100-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in FIG. 11), a second electrode 2-2 (an upper electrode in FIG. 11), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2. In the first photoelectric conversion section 1100-1, a transfer layer 6 is arranged between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is arranged at a distance from the first electrode 8 and is arranged in the insulating layer 11, facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) via the insulating layer 11 below the transfer layer 6.
第2光電変換部1100-2は、第1電極7000と、第2電極2-1と、転送層4-1と、第2電極2-1及び転送層4-1の間に配された光電変換膜3とを含み、さらに、第1電極7000と離間して配置され、かつ、転送層4-1の上方の絶縁層10Aを介して転送層4-1と対向して絶縁層10A中に配置された電荷蓄積用電極1-10を含む。The second photoelectric conversion section 1100-2 includes a first electrode 7000, a second electrode 2-1, a transfer layer 4-1, and a photoelectric conversion film 3 arranged between the second electrode 2-1 and the transfer layer 4-1, and further includes a charge storage electrode 1-10 arranged at a distance from the first electrode 7000 and facing the transfer layer 4-1 via the insulating layer 10A above the transfer layer 4-1.
第1電極7000が、光電変換膜3及び第2電極2-1を貫通し、第1電極7000と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部1100-2の第1電極7000と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置1100には、第2光電変換部1100-2が含む光電変換膜3、第2電極2-1及び絶縁層10-1を貫通する接続孔7000-1が形成され、第1光電変換部1100-1(なお、第1光電変換部1100-1は絶縁層10-2を含んだ構成となる。)及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-11が形成されている。接続孔7000-1内には、第1電極7000を構成する導電部(貫通電極)12-11が形成されて、接続孔1214-11内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されている。そして、第1電極7000(導電部12-11)と、導電部(貫通電極)12とは、絶縁層10-1と絶縁層10-2との境界部(P11)に位置するビア14を介して接続し、導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とは、絶縁層11に形成されているビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部1000-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-11が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-11内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7000 penetrates the photoelectric conversion film 3 and the second electrode 2-1, and the first electrode 7000 is electrically connected to the charge storage section 41 formed in the semiconductor substrate 30. That is, in order to electrically connect the first electrode 7000 of the second photoelectric conversion section 1100-2 to the charge storage section 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1100 has a connection hole 7000-1 that penetrates the photoelectric conversion film 3, the second electrode 2-1, and the insulating layer 10-1 included in the second photoelectric conversion section 1100-2, and a connection hole 1214-11 that penetrates the first photoelectric conversion section 1100-1 (note that the first photoelectric conversion section 1100-1 is configured to include the insulating layer 10-2) and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12-11 constituting the first electrode 7000 is formed in the connection hole 7000-1, and a conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-11. The first electrode 7000 (conductive portion 12-11) and the conductive portion (through electrode) 12 are connected through a via 14 located at the boundary (P11) between the insulating layer 10-1 and the insulating layer 10-2, and the conductive portion (through electrode) 12 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge storage portion 41 are connected through a via 13 formed in the insulating layer 11. A photodiode (PD) 9 formed in the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage portion 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 1000-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-11 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-11.
接続孔7000-1内には、第1電極7000を構成する導電部12-11(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12-11(貫通電極)と、光電変換膜3、光電変換膜3の下方(図11中の下側)の第2電極2-1及び第2電極2-1の下方の絶縁層10-1との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜511aが形成されている。詳しくは、図11中の接続孔7000-1を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、光電変換膜3、第2電極2-1及び絶縁層10-1と、絶縁膜511a-1(511a)と、導電部12-11とがこの順で形成されて、右側では、光電変換膜3、第2電極2-1及び絶縁層10-1と、絶縁膜511a-2(511a)と導電部12-11とがこの順で形成されている。絶縁膜511aは、図11中の上下方向で見ると、光電変換部3の上部(図11中では上側)から、絶縁層10-1に形成されているビア14まで延在して形成されている。In the connection hole 7000-1, an insulating film 511a having a fixed charge of the same type as the charge stored in the charge storage section 41 is formed between the conductive section 12-11 (through electrode) constituting the first electrode 7000, the photoelectric conversion film 3, the second electrode 2-1 below the photoelectric conversion film 3 (lower side in FIG. 11), and the insulating layer 10-1 below the second electrode 2-1, so as to cover the outer periphery of the conductive section 12-11 (through electrode) constituting the first electrode 7000. In detail, with the connection hole 7000-1 in FIG. 11 as the center reference in the left-right direction in the figure, the photoelectric conversion film 3, the second electrode 2-1, the insulating layer 10-1, the insulating film 511a-1 (511a), and the conductive section 12-11 are formed in this order on the left side, and the photoelectric conversion film 3, the second electrode 2-1, the insulating layer 10-1, the insulating film 511a-2 (511a), and the conductive section 12-11 are formed in this order on the right side. 11, the insulating film 511a is formed to extend from the upper portion of the photoelectric conversion portion 3 (the upper side in FIG. 11) to the via 14 formed in the insulating layer 10-1.
接続孔1214-11内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、第1光電変換部1100-1との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜511bが形成されている。詳しくは、図11中の接続孔1214-11を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、第1光電変換部1100-1と、絶縁膜511b-1(511b)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、第1光電変換部1100-1と、絶縁膜511b-2(511)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜511bは、図11中の上下方向で見ると、絶縁層10-2に形成されているビア14から、絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。In the connection hole 1214-11, an insulating film 511b having the same type of fixed charge as the charge stored in the charge storage section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode) and the first photoelectric conversion section 1100-1 so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). In detail, with the connection hole 1214-11 in FIG. 11 as the center reference in the horizontal direction in the figure, the first photoelectric conversion section 1100-1, the insulating film 511b-1 (511b), and the conductive section 12 are formed in this order on the left side, and the first photoelectric conversion section 1100-1, the insulating film 511b-2 (511), and the conductive section 12 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 11, the insulating film 511b is formed extending from the via 14 formed in the insulating layer 10-2 to the via 13 formed in the insulating layer 11.
絶縁膜511aは、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜511aが、固体撮像装置1100に含まれることにより、光電変換膜3で光電変換された信号電荷は導電部12-11(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-10の下方の転送層4-1に蓄積される。 The insulating film 511a is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 511a in the solid-state imaging device 1100, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 3 is stored in the transfer layer 4-1 below the storage electrode 1-10 without being captured by the conductive portion 12-11 (through electrode).
絶縁膜511aが、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜511aは、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜511aは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 511a is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 511a may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 511a may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜511aが、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜511aは、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜511aは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 511a is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 511a may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 511a may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜511bは、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜511bが、固体撮像装置1100に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。The insulating film 511b is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 511b in the solid-state imaging device 1100, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜511bが、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜511bは、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜511bは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。In the case where the insulating film 511b is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 511b may include at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 511b may include an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜511bが、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜511bは、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜511bは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 511b is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 511b may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 511b may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
図12は、本技術に係る第3の実施形態である固体撮像装置1200の製造方法を説明するための図である。 Figure 12 is a diagram for explaining a manufacturing method of a solid-state imaging device 1200 which is a third embodiment of the present technology.
図12(a)に示される装置1200aは、図11に示される第2光電変換部1100-2(図11に示されるP11線より上の部分)を備え、例えば、ウエハ状態の固体撮像装置1200の半製品である。The device 1200a shown in Figure 12(a) has the second photoelectric conversion section 1100-2 shown in Figure 11 (the part above line P11 shown in Figure 11) and is, for example, a semi-finished product of a solid-state imaging device 1200 in a wafer state.
図12(b)に示される装置1200bは、第1光電変換部1100-1及び半導体基板30(図11に示されるP11線より下の部分)を備え、例えば、ウエハ状態の固体撮像装置1200の半製品である。The device 1200b shown in Figure 12 (b) comprises a first photoelectric conversion section 1100-1 and a semiconductor substrate 30 (the part below line P11 shown in Figure 11), and is, for example, a semi-finished solid-state imaging device 1200 in a wafer state.
図12の矢印R12に示されるように、装置1200aを反転させて、装置1200aを装置1200bを貼り合わせて、固体撮像装置1200を製造する。このプロセスの利点は、転送層形成時に高温の熱処理を掛けることができることである。一般的に転送層に比べて光電変換膜は熱に弱く、下部側から順次形成すると、第2光電変換部(上層)の転送層4には高熱を掛けることができず、特性が悪化してしまうため、それを避けるために別々に積層したのちに貼り合わせを行う。この場合、第2光電変換部(上層)の光電変換膜3も第1電極7000が貫通することになるため、固定電荷を有する絶縁膜511aを有している。As shown by the arrow R12 in FIG. 12, the device 1200a is inverted and the device 1200a is bonded to the device 1200b to manufacture the solid-state imaging device 1200. The advantage of this process is that a high-temperature heat treatment can be applied when forming the transfer layer. Generally, photoelectric conversion films are weaker against heat than transfer layers, and if they are formed sequentially from the bottom side, the transfer layer 4 of the second photoelectric conversion section (upper layer) cannot be subjected to high heat and its characteristics will deteriorate. To avoid this, the layers are laminated separately and then bonded together. In this case, the photoelectric conversion film 3 of the second photoelectric conversion section (upper layer) also has an insulating film 511a with a fixed charge because the first electrode 7000 penetrates it.
以上、本技術に係る第3の実施形態(固体撮像装置の例3)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1~第2の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第4~第6の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。The above description of the solid-state imaging device of the third embodiment (example 3 of solid-state imaging device) of the present technology can be applied to the solid-state imaging devices of the first and second embodiments of the present technology described above and the solid-state imaging devices of the fourth to sixth embodiments of the present technology described below, unless there is any particular technical contradiction.
<5.第4の実施形態(固体撮像装置の例4)>
本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置(固体撮像装置の例4)について、図13~図14を用いて説明をする。
5. Fourth embodiment (fourth example of solid-state imaging device)
A solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present technology (fourth example of a solid-state imaging device) will be described with reference to FIGS. 13 and 14. FIG.
まず、図13を用いて説明をする。図13は、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1300)を示す断面図である。First, an explanation will be given with reference to Fig. 13. Fig. 13 is a cross-sectional view showing an example configuration of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 1300) according to a fourth embodiment of the present technology.
固体撮像装置1300は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図13中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部1300-1と、第1光電変換部1300-1の上方(光入射側であって図13中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と1300-2とを備える。The solid-state imaging device 1300 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 1300-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in FIG. 13) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 1300-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 1300-1 (the light incident side, or the upper side in FIG. 13) and converts light into electric charges.
第1光電変換部1300-1は、第1電極8(読出し電極であり、図13中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図13中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion section 1300-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 13), a second electrode 2-2 (the upper electrode in Figure 13), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部1300-2は、第1電極7(読出し電極であり、図13中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図13中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion section 1300-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 13), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 13), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部1300-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部1300-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 1300-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 1300-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部1300-1の第2電極2-2、光電変換膜5及び絶縁層11を貫通する導電部12を介して、第1光電変換部1300-1の第1電極8及び第2光電変換部1300-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部44とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部1300-2の第1電極7及び第1光電変換部1300-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部44とを電気的に接続するために、固体撮像装置1300には、第2光電変換部1300-2が含む絶縁層10並びに第1光電変換部1300-1が含む第2電極2-2及び光電変換膜5を貫通する接続孔120-13が形成され、第1光電変換部1300-1が含む絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔160-13が形成されている。接続孔120-13内には、導電部(貫通電極)12が形成されて、接続孔160-13内には導電部(貫通電極)16が形成されている。そして第1電極7は、導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)16を介して、さらに、第2光電変換部1300-1が含む転送層6及び転送層6と接続する第1電極8を経由して、電荷蓄積部44と接続する。第1電極7と第1電極8に対して電荷蓄積部44を共通化することで、例えば、電荷蓄積用電極1-2を大きくとることができ、感度・飽和電荷量を向上させることが可能である。The first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 1300-1 and the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1300-2 are electrically connected to a charge accumulation unit 44 formed on the semiconductor substrate 30 via a conductive portion 12 that penetrates the second electrode 2-2, photoelectric conversion film 5 and insulating layer 11 of the first photoelectric conversion unit 1300-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion section 1300-2 and the first electrode 8 of the first photoelectric conversion section 1300-1 to the charge accumulation section 44 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1300 has a connection hole 120-13 formed therethrough that penetrates the insulating layer 10 included in the second photoelectric conversion section 1300-2 and the second electrode 2-2 and photoelectric conversion film 5 included in the first photoelectric conversion section 1300-1, and a connection hole 160-13 formed therethrough that penetrates the insulating layer 11 included in the first photoelectric conversion section 1300-1 and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 is formed in the connection hole 120-13, and a conductive portion (through electrode) 16 is formed in the connection hole 160-13. The first electrode 7 is connected to the charge storage section 44 via the conductive section (through electrode) 12 and the conductive section (through electrode) 16, and further via the transfer layer 6 included in the second photoelectric conversion section 1300-1 and the first electrode 8 connected to the transfer layer 6. By sharing the charge storage section 44 with the first electrode 7 and the first electrode 8, for example, the charge storage electrode 1-2 can be made large, and it is possible to improve the sensitivity and the saturation charge amount.
第2電極8は、導電部(貫通電極)16を介して、電荷蓄積部44と接続している。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。The second electrode 8 is connected to the charge storage section 44 via the conductive section (through electrode) 16. A photodiode (PD) 9 formed on the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage section 42.
接続孔120-13内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2及び第2電極2-2の下方の光電変換膜5との間に、電荷蓄積部44に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜513が形成されている。詳しくは、図13中の接続孔120-13を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2及び第2電極2-2の下方の光電変換膜5と、絶縁膜513-1(513)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2及び第2電極2-2の下方の光電変換膜5と、絶縁膜513-2(513)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜513は、図13中の上下方向で見ると、絶縁層10に形成されている第1電極7から、転送層6の上部(図13中の上側であり、転送層6と光電変換膜5との境界部)まで延在して形成されている。In the connection hole 120-13, an insulating film 513 having the same type of fixed charge as the charge stored in the charge storage section 44 is formed between the conductive section 12 (through electrode), the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, and the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2 so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). In detail, with the connection hole 120-13 in FIG. 13 as the center reference in the left-right direction in the figure, on the left side, the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the insulating film 513-1 (513), and the conductive section 12 are formed in this order, and on the right side, the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the insulating film 513-2 (513), and the conductive section 12 are formed in this order. When viewed in the vertical direction in Figure 13, the insulating film 513 is formed to extend from the first electrode 7 formed on the insulating layer 10 to the upper part of the transfer layer 6 (the upper side in Figure 13, the boundary between the transfer layer 6 and the photoelectric conversion film 5).
絶縁膜513は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜513が、固体撮像装置1300に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。The insulating film 513 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 513 in the solid-state imaging device 1300, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜513が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜513は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜513は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 513 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 513 may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 513 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜513が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜513は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜513は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 513 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 513 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 513 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
図14を用いて説明をする。図14は、本技術に係る第4の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1400)を示す断面図である。The following description will be given with reference to Figure 14. Figure 14 is a cross-sectional view showing an example configuration of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 1400) according to a fourth embodiment of the present technology.
固体撮像装置1400は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図14中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部1400-1と、第1光電変換部1400-1の上方(光入射側であって図14中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と1400-2とを備える。The solid-state imaging device 1400 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 1400-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in FIG. 14) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 1400-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 1400-1 (the light incident side, or the upper side in FIG. 14) and converts light into electric charges.
第1光電変換部1400-1は、第1電極8(読出し電極であり、図14中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図14中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 1400-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 14), a second electrode 2-2 (an upper electrode in Figure 14), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部1400-2は、第1電極7(読出し電極であり、図14中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図14中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion section 1400-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 14), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 14), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部1400-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。一方、第2光電変換部1400-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 1400-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. On the other hand, in the second photoelectric conversion section 1400-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4.
第1光電変換部1400-1を貫通する導電部12を介して、第1光電変換部1400-1の第1電極8及び第2光電変換部1400-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部44とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部1400-2の第1電極7及び第1光電変換部1400-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部44とを電気的に接続するために、固体撮像装置1400には、第2光電変換部1400-2が含む絶縁層10並びに第1光電変換部1400-1が含む第2電極2-2、光電変換膜5及び転送層6を貫通する接続孔120-14が形成され、第1光電変換部1400-1が含む絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔160-14が形成されている。接続孔120-14内には、導電部(貫通電極)12が形成されて、接続孔160-14内には導電部(貫通電極)16が形成されている。そして第1電極7は、導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)16を介して、さらに、第2光電変換部1300-1が含む転送層6と接続する第1電極8を経由して、電荷蓄積部44と接続している。第1電極7と第1電極8に対して電荷蓄積部44を共通化することで、例えば、電荷蓄積用電極1-2を大きくとることができ、感度・飽和電荷量を向上させることが可能である。図13では、導電部12(貫通電極)は転送層6と接触していたが、より望ましくは、導電部12(貫通電極)は、図14に示されるように、転送層6を貫通して第1電極8(信号読出し電極)と接触していることである。 The first electrode 8 of the first photoelectric conversion section 1400-1 and the first electrode 7 of the second photoelectric conversion section 1400-2 are electrically connected to the charge accumulation section 44 formed on the semiconductor substrate 30 via the conductive section 12 penetrating the first photoelectric conversion section 1400-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion section 1400-2 and the first electrode 8 of the first photoelectric conversion section 1400-1 to the charge accumulation section 44 formed on the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1400 has a connection hole 120-14 that penetrates the insulating layer 10 included in the second photoelectric conversion section 1400-2 and the second electrode 2-2, photoelectric conversion film 5, and transfer layer 6 included in the first photoelectric conversion section 1400-1, and a connection hole 160-14 that penetrates the insulating layer 11 and semiconductor substrate 30 included in the first photoelectric conversion section 1400-1. A conductive portion (through electrode) 12 is formed in the connection hole 120-14, and a conductive portion (through electrode) 16 is formed in the connection hole 160-14. The first electrode 7 is connected to the charge storage portion 44 via the conductive portion (through electrode) 12 and the conductive portion (through electrode) 16, and further via the first electrode 8 that connects to the transfer layer 6 included in the second photoelectric conversion portion 1300-1. By making the charge storage portion 44 common to the first electrode 7 and the first electrode 8, for example, the charge storage electrode 1-2 can be made large, and it is possible to improve the sensitivity and saturation charge amount. In FIG. 13, the conductive portion 12 (through electrode) is in contact with the transfer layer 6, but more preferably, the conductive portion 12 (through electrode) is in contact with the first electrode 8 (signal readout electrode) through the transfer layer 6 as shown in FIG. 14.
第2電極8は、導電部(貫通電極)16を介して、電荷蓄積部44と接続する。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。The second electrode 8 is connected to the charge storage section 44 via the conductive section (through electrode) 16. A photodiode (PD) 9 formed on the semiconductor substrate 30 is connected to the charge storage section 42.
接続孔120-14内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2及び第2電極2-2の下方の光電変換膜5との間に、電荷蓄積部44に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜514が形成されている。詳しくは、図14中の接続孔120-14を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2及び第2電極2-2の下方の光電変換膜5と、絶縁膜514-1(514)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2及び第2電極2-2の下方の光電変換膜5と、絶縁膜514-2(514)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜514は、図14中の上下方向で見ると、絶縁層10に形成されている第1電極7から、転送層6の上部(図14中の上側であり、転送層6と光電変換膜5との境界部)まで延在して形成されている。In the connection hole 120-14, an insulating film 514 having the same type of fixed charge as the charge stored in the charge storage section 44 is formed between the conductive section 12 (through electrode), the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, and the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2 so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). In detail, with the connection hole 120-14 in FIG. 14 as the center reference in the left-right direction in the figure, on the left side, the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the insulating film 514-1 (514), and the conductive section 12 are formed in this order, and on the right side, the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the insulating film 514-2 (514), and the conductive section 12 are formed in this order. When viewed in the vertical direction in Figure 14, the insulating film 514 is formed to extend from the first electrode 7 formed on the insulating layer 10 to the upper part of the transfer layer 6 (the upper side in Figure 14, the boundary between the transfer layer 6 and the photoelectric conversion film 5).
絶縁膜514は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜514が、固体撮像装置1400に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。The insulating film 514 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 514 in the solid-state imaging device 1400, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜514が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜514は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜514は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 514 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 514 may include at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 514 may include an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜514が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜514は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜514は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 514 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 514 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 514 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
以上、本技術に係る第4の実施形態(固体撮像装置の例4)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1~第3の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第5~第6の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。The above description of the solid-state imaging device of the fourth embodiment (example 4 of solid-state imaging device) of the present technology can be applied to the solid-state imaging devices of the first to third embodiments of the present technology described above and the solid-state imaging devices of the fifth and sixth embodiments of the present technology described below, unless there is any particular technical contradiction.
<6.第5の実施形態(固体撮像装置の例5)>
本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置(固体撮像装置の例5)について、図15を用いて説明をする。
6. Fifth embodiment (fifth example of solid-state imaging device)
A solid-state imaging device according to a fifth embodiment of the present technology (fifth example of a solid-state imaging device) will be described with reference to FIG. 15 .
図15を用いて説明をする。図15は、本技術に係る第5の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1500)を示す断面図である。The explanation will be given with reference to Figure 15. Figure 15 is a cross-sectional view showing an example configuration (solid-state imaging device 1500) of a solid-state imaging device according to a fifth embodiment of the present technology.
固体撮像装置1500は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図15中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部1500-1と、第1光電変換部1500-1の上方(光入射側であって図15中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部1500-2と、第2光電変換部1500-2の上方(光入射側であって図15中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第3光電変換部1500-3とを備える。The solid-state imaging device 1500 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 1500-1 provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, upper part in FIG. 15) and converting light into electric charges, a second photoelectric conversion unit 1500-2 provided above the first photoelectric conversion unit 1500-1 (the light incident side, upper part in FIG. 15) and converting light into electric charges, and a third photoelectric conversion unit 1500-3 provided above the second photoelectric conversion unit 1500-2 (the light incident side, upper part in FIG. 15) and converting light into electric charges.
第1光電変換部1500-1は、第1電極8(読出し電極であり、図15中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図15中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。上述したように、光電変換膜5は、例えば、赤色の光(例えば、波長が620nm~750nmである光)を吸収する光電変換膜である。 The first photoelectric conversion unit 1500-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in FIG. 15), a second electrode 2-2 (which is the upper electrode in FIG. 15), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2. As described above, the photoelectric conversion film 5 is a photoelectric conversion film that absorbs, for example, red light (for example, light having a wavelength of 620 nm to 750 nm).
第2光電変換部1500-2は、第1電極7(読出し電極であり、図15中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図15中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。上述したように、光電変換膜3は、例えば、緑色の光(例えば、波長が495nm~570nmである光)を吸収する光電変換膜である。 The second photoelectric conversion unit 1500-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in FIG. 15), a second electrode 2-1 (an upper electrode in FIG. 15), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1. As described above, the photoelectric conversion film 3 is a photoelectric conversion film that absorbs, for example, green light (for example, light having a wavelength of 495 nm to 570 nm).
第3光電変換部1500-3は、第1電極78(読出し電極であり、図15中では下部電極である。)と、第2電極2-3(図15中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-3の間に配された光電変換膜35とを含む。光電変換膜35は、例えば、青色の光(例えば、波長が425nm~495nmである光)を吸収する光電変換膜である。 The third photoelectric conversion unit 1500-3 includes a first electrode 78 (a readout electrode, which is the lower electrode in FIG. 15), a second electrode 2-3 (an upper electrode in FIG. 15), and a photoelectric conversion film 35 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-3. The photoelectric conversion film 35 is a photoelectric conversion film that absorbs, for example, blue light (for example, light having a wavelength of 425 nm to 495 nm).
第1光電変換部1500-1では、第1電極8と光電変換膜5との間に転送層6が配されて、電荷蓄積用電極1-2が、第1電極8と離間して配置され、かつ、転送層6の下方の絶縁層11を介して光電変換膜5(転送層6)と対向して、絶縁層11中に配置されている。また、第2光電変換部1500-2では、第1電極7と光電変換膜3との間に転送層4が配されて、電荷蓄積用電極1-1が、第1電極7と離間して配置され、かつ、転送層4の下方の絶縁層10を介して光電変換膜3(転送層4)と対向して、絶縁層10中に配置されている。さらに、第2光電変換部1500-3では、第1電極78と光電変換膜35との間に転送層46が配されて、電荷蓄積用電極1-3が、第1電極78と離間して配置され、かつ、転送層46の下方の絶縁層10-3を介して光電変換膜35(転送層46)と対向して、絶縁層10-3中に配置されている。In the first photoelectric conversion section 1500-1, a transfer layer 6 is disposed between the first electrode 8 and the photoelectric conversion film 5, and a charge storage electrode 1-2 is disposed at a distance from the first electrode 8 and in the insulating layer 11 facing the photoelectric conversion film 5 (transfer layer 6) through the insulating layer 11 below the transfer layer 6. In the second photoelectric conversion section 1500-2, a transfer layer 4 is disposed between the first electrode 7 and the photoelectric conversion film 3, and a charge storage electrode 1-1 is disposed at a distance from the first electrode 7 and in the insulating layer 10 facing the photoelectric conversion film 3 (transfer layer 4) through the insulating layer 10 below the transfer layer 4. Furthermore, in the second photoelectric conversion section 1500-3, a transfer layer 46 is arranged between the first electrode 78 and the photoelectric conversion film 35, and the charge storage electrode 1-3 is arranged at a distance from the first electrode 78 and is arranged in the insulating layer 10-3, facing the photoelectric conversion film 35 (transfer layer 46) via the insulating layer 10-3 below the transfer layer 46.
第2光電変換部1500-2及び第1光電変換部1500-1を貫通する導電部12-15を介して、第3光電変換部1500-3の第1電極78と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部45とが電気的に接続されている。すなわち、第3光電変換部1500-3の第1電極78と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部45とを電気的に接続するために、固体撮像装置1500には、絶縁層10-3、第2光電変換部1500-2、第1光電変換部1500-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-15-2が形成されている。接続孔1214-15-2内には導電部(貫通電極)12-15及び導電部(貫通電極)140が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12-15と、電荷蓄積部45と接続している導電部(貫通電極)140とが、絶縁層11に形成されているビア130を介して接続されている。The first electrode 78 of the third photoelectric conversion unit 1500-3 is electrically connected to the charge accumulation unit 45 formed on the semiconductor substrate 30 via the conductive portion 12-15 that penetrates the second photoelectric conversion unit 1500-2 and the first photoelectric conversion unit 1500-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 78 of the third photoelectric conversion unit 1500-3 to the charge accumulation unit 45 formed on the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1500 has a connection hole 1214-15-2 that penetrates the insulating layer 10-3, the second photoelectric conversion unit 1500-2, the first photoelectric conversion unit 1500-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12-15 and a conductive portion (through electrode) 140 are formed in the connection hole 1214-15-2, and the conductive portion (through electrode) 12-15 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 140 connected to the charge storage portion 45 are connected via a via 130 formed in the insulating layer 11.
第1光電変換部1500-1を貫通する導電部12を介して、第2光電変換部1500-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部1500-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置1500には、絶縁層10、第1光電変換部1500-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-15-1が形成されている。接続孔1214-15-1内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とが、絶縁層11に形成されているビア13を介して接続されている。また、第1光電変換部1500-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、固体撮像装置1500には、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-15が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-10内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。 The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1500-2 and the charge accumulation unit 41 formed in the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion 12 that penetrates the first photoelectric conversion unit 1500-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1500-2 and the charge accumulation unit 41 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1500 has a connection hole 1214-15-1 that penetrates the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 1500-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-15-1, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge accumulation unit 41 are connected through a via 13 formed in the insulating layer 11. Furthermore, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 1500-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1500 has a connection hole 150-15 that penetrates the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (through electrode) 15 formed in the connection hole 150-10.
接続孔1214-15-2内には、導電部12-15(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12-15(貫通電極)と、絶縁層10-3、絶縁層10-3の下方の第2光電変換部1500-2、第2光電変換部1500-2の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11との間に、電荷蓄積部45に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜515aが形成されている。詳しくは、図15中の接続孔1214-15-2を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10-3、絶縁層10-3の下方の第2光電変換部1500-2、第2光電変換部1500-2の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜515a-1(515a)と、導電部12-15とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10-3、絶縁層10-3の下方の第2光電変換部1500-2、第2光電変換部1500-2の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜515a-2(515a)と、導電部12-15とがこの順で形成されている。絶縁膜515aは、図15中の上下方向で見ると、第3光電変換部1500-3に含まれる絶縁層10-3に形成されている第1電極78から、第1光電変換部1500-1に含まれる絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。Within the connection hole 1214-15-2, an insulating film 515a having fixed charges of the same type as the charges accumulated in the charge accumulation section 45 is formed between the conductive section 12-15 (through electrode) and the insulating layer 10-3, the second photoelectric conversion section 1500-2 below the insulating layer 10-3, the second electrode 2-2 below the second photoelectric conversion section 1500-2, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and the insulating layer 11 below the transfer layer 6, so as to cover the outer periphery of the conductive section 12-15 (through electrode). In detail, with the connection hole 1214-15-2 in FIG. 15 being the center reference in the left-right direction in the figure, on the left side, there is an insulating layer 10-3, a second photoelectric conversion unit 1500-2 below the insulating layer 10-3, a second electrode 2-2 below the second photoelectric conversion unit 1500-2, a photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, a transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, an insulating layer 11 below the transfer layer 6, an insulating film 515a-1 (515a), On the right side, an insulating layer 10-3, a second photoelectric conversion section 1500-2 below the insulating layer 10-3, a second electrode 2-2 below the second photoelectric conversion section 1500-2, a photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, a transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, an insulating layer 11 below the transfer layer 6, an insulating film 515a-2 (515a), and a conductive section 12-15 are formed in this order. When viewed in the vertical direction in FIG. 15, the insulating film 515a is formed extending from the first electrode 78 formed in the insulating layer 10-3 included in the third photoelectric conversion section 1500-3 to the via 13 formed in the insulating layer 11 included in the first photoelectric conversion section 1500-1.
接続孔1214-15-1内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜515bが形成されている。詳しくは、図15中の接続孔1214-15-1を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜515b-1(515b)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の転送層6及び転送層6の下方の絶縁層11と、絶縁膜515b-2(515b)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜515bは、図15中の上下方向で見ると、第2光電変換部1500-2に含まれる絶縁層10に形成されている第1電極7から、第1光電変換部1500-1に含まれる絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。Within the connection hole 1214-15-1, an insulating film 515b having a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the charge accumulation section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode) and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and the insulating layer 11 below the transfer layer 6, so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). In detail, with the connection hole 1214-15-1 in Figure 15 being used as the center reference in the left-right direction in the figure, on the left side, an insulating layer 10, a second electrode 2-2 below the insulating layer 10, a photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, a transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, an insulating layer 11 below the transfer layer 6, an insulating film 515b-1 (515b), and a conductive portion 12 are formed in this order, and on the right side, an insulating layer 10, a second electrode 2-2 below the insulating layer 10, a photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, a transfer layer 6 below the photoelectric conversion film 5, and an insulating layer 11 below the transfer layer 6, an insulating film 515b-2 (515b), and a conductive portion 12 are formed in this order. When viewed in the vertical direction in Figure 15, the insulating film 515b is formed to extend from the first electrode 7 formed in the insulating layer 10 included in the second photoelectric conversion section 1500-2 to the via 13 formed in the insulating layer 11 included in the first photoelectric conversion section 1500-1.
絶縁膜515aは、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜515aが、固体撮像装置1500に含まれることにより、光電変換膜3で光電変換された信号電荷は導電部12-15(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-1の上方の転送層4に蓄積され、さらに、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12-15(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。 The insulating film 515a is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 515a in the solid-state imaging device 1500, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 3 is stored in the transfer layer 4 above the storage electrode 1-1 without being captured by the conductive portion 12-15 (through electrode), and further, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12-15 (through electrode).
絶縁膜515aが、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜515aは、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜515aは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。In the case where the insulating film 515a is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 515a may contain at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 515a may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜515aが、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜515aは、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜515aは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 515a is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 515a may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 515a may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜515bは、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜515bが、固体撮像装置1500に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることなく、蓄積電極1-2の上方の転送層6に蓄積される。The insulating film 515b is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 515b in the solid-state imaging device 1500, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is stored in the transfer layer 6 above the storage electrode 1-2 without being captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜515bが、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜515bは、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜515bは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 515b is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 515b may include at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 515b may include an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜515bが、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜515bは、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜515bは、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 515b is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 515b may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 515b may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
以上、本技術に係る第5の実施形態(固体撮像装置の例5)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1~第4の実施形態の固体撮像装置及び後述する本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。The above description of the solid-state imaging device of the fifth embodiment (example 5 of solid-state imaging device) of the present technology can be applied to the solid-state imaging devices of the first to fourth embodiments of the present technology described above and the solid-state imaging device of the sixth embodiment of the present technology described below, unless there is any particular technical contradiction.
<7.第6の実施形態(固体撮像装置の例6)>
本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置(固体撮像装置の例6)について、図16~図17及び図19を用いて説明をする。
7. Sixth embodiment (sixth example of solid-state imaging device)
A solid-state imaging device according to a sixth embodiment of the present technology (sixth example of a solid-state imaging device) will be described with reference to FIGS. 16 to 17 and 19. FIG.
まず、図16を用いて説明をする。図16は、本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1600)を示す断面図である。First, an explanation will be given with reference to Fig. 16. Fig. 16 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 1600) according to a sixth embodiment of the present technology.
固体撮像装置1600は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図16中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部1600-1と、第1光電変換部1600-1の上方(光入射側であって図16中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と1600-2とを備える。The solid-state imaging device 1600 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 1600-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in FIG. 16) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 1600-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 1600-1 (the light incident side, or the upper side in FIG. 16) and converts light into electric charges.
第1光電変換部1600-1は、第1電極8(読出し電極であり、図16中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図16中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 1600-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in FIG. 16), a second electrode 2-2 (which is the upper electrode in FIG. 16), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部1600-2は、第1電極7(読出し電極であり、図16中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図16中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion section 1600-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 16), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 16), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部1600-1を貫通する導電部12を介して、第2光電変換部1600-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部1600-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置1600には、絶縁層10、第1光電変換部1600-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-16が形成されている。接続孔1214-16内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とが、絶縁層11に形成されているビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部1600-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-16が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-16内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1600-2 and the charge accumulation unit 41 formed on the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion 12 penetrating the first photoelectric conversion unit 1600-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1600-2 and the charge accumulation unit 41 formed on the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1600 has a connection hole 1214-16 penetrating the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 1600-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-16, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge accumulation unit 41 are connected through a via 13 formed in the insulating layer 11. The photodiode (PD) 9 formed on the semiconductor substrate 30 is connected to the charge accumulation unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 1600-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-16 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (penetrating electrode) 15 formed in the connection hole 150-16.
接続孔1214-16内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、光電変換膜5との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜516が形成されている。詳しくは、図16中の接続孔1214-16を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、光電変換膜5と、絶縁膜516-1(516)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、光電変換膜5と、絶縁膜516-2(516)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜516は、図16中の上下方向で見ると、光電変換膜5の上部(図16中では上側)から光電変換膜5の下部(図16中では下側)まで、すなわち、光電変換部5の側面全体に、延在して形成されている。In the connection hole 1214-16, an insulating film 516 having the same type of fixed charge as the charge stored in the charge storage section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode) and the photoelectric conversion film 5 so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). In detail, with the connection hole 1214-16 in FIG. 16 as the center reference in the left-right direction in the figure, the photoelectric conversion film 5, the insulating film 516-1 (516), and the conductive section 12 are formed in this order on the left side, and the photoelectric conversion film 5, the insulating film 516-2 (516), and the conductive section 12 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 16, the insulating film 516 is formed extending from the upper part of the photoelectric conversion film 5 (upper side in FIG. 16) to the lower part of the photoelectric conversion film 5 (lower side in FIG. 16), that is, over the entire side surface of the photoelectric conversion section 5.
図16の固体撮像装置1600では、第1電極(信号読出し電極)と光電変換膜に電荷を蓄積せず、半導体基板30に形成されている電荷蓄積部(FD)で蓄積を行う。固体撮像装置1600においても、第2光電変換部(上層)の信号を読み出す際に必要な導電部(貫通電極)は、第1光電変換部(下層)の光電変換膜のポテンシャルを変調させ、特性を悪化させてしまうことを防ぐため、貫通電極を覆う絶縁膜に固定電荷を導入することが有効である。なお、電荷蓄積部(FD)で信号電荷を蓄積するため、画素共有は困難なことが多い。In the solid-state imaging device 1600 of FIG. 16, charges are not stored in the first electrode (signal readout electrode) and the photoelectric conversion film, but are stored in the charge storage section (FD) formed in the semiconductor substrate 30. In the solid-state imaging device 1600, too, it is effective to introduce a fixed charge into the insulating film covering the through electrode in order to prevent the conductive section (through electrode) required when reading out the signal of the second photoelectric conversion section (upper layer) from modulating the potential of the photoelectric conversion film of the first photoelectric conversion section (lower layer) and deteriorating the characteristics. Note that since signal charges are stored in the charge storage section (FD), pixel sharing is often difficult.
絶縁膜516は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜516が、固体撮像装置1600に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることはない。The insulating film 516 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 516 in the solid-state imaging device 1600, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is not captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜516が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜516は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜516は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 516 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 516 may include at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 516 may include an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜516が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜516は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜516は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 516 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 516 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 516 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
次に、図17を用いて説明をする。図17は、本技術に係る第6の実施形態の固体撮像装置の構成例(固体撮像装置1700)を示す断面図である。Next, an explanation will be given with reference to Fig. 17. Fig. 17 is a cross-sectional view showing an example configuration of a solid-state imaging device (solid-state imaging device 1700) according to a sixth embodiment of the present technology.
固体撮像装置1700は、半導体基板30と、半導体基板30の上方(光入射側であって図17中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部1700-1と、第1光電変換部1700-1の上方(光入射側であって図17中の上方)に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と1700-2とを備える。The solid-state imaging device 1700 comprises a semiconductor substrate 30, a first photoelectric conversion unit 1700-1 that is provided above the semiconductor substrate 30 (the light incident side, or the upper side in FIG. 17) and converts light into electric charges, and a second photoelectric conversion unit 1700-2 that is provided above the first photoelectric conversion unit 1700-1 (the light incident side, or the upper side in FIG. 17) and converts light into electric charges.
第1光電変換部1700-1は、第1電極8(読出し電極であり、図17中では下部電極である。)と、第2電極2-2(図17中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)8及び第2電極2-2の間に配された光電変換膜5とを含む。The first photoelectric conversion unit 1700-1 includes a first electrode 8 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 17), a second electrode 2-2 (which is the upper electrode in Figure 17), and a photoelectric conversion film 5 arranged between the first electrode (readout electrode) 8 and the second electrode 2-2.
第2光電変換部1700-2は、第1電極7(読出し電極であり、図17中では下部電極である。)と、第2電極2-1(図17中では上部電極である。)と、第1電極(読出し電極)7及び第2電極2-1の間に配された光電変換膜3とを含む。The second photoelectric conversion section 1700-2 includes a first electrode 7 (a readout electrode, which is the lower electrode in Figure 17), a second electrode 2-1 (the upper electrode in Figure 17), and a photoelectric conversion film 3 arranged between the first electrode (readout electrode) 7 and the second electrode 2-1.
第1光電変換部1700-1を貫通する導電部12を介して、第2光電変換部1700-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とが電気的に接続されている。すなわち、第2光電変換部1700-2の第1電極7と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部41とを電気的に接続するために、固体撮像装置1700には、絶縁層10、第1光電変換部1700-1及び半導体基板30を貫通する接続孔1214-17が形成されている。接続孔1214-17内には導電部(貫通電極)12及び導電部(貫通電極)14が形成されて、第1電極7と接続している導電部(貫通電極)12と、電荷蓄積部41と接続している導電部(貫通電極)14とが、絶縁層11に形成されているビア13を介して接続されている。半導体基板30に形成されたフォトダイオード(PD)9は、電荷蓄積部42と接続している。また、第1光電変換部1700-1の第1電極8と、半導体基板30に形成された電荷蓄積部43とを電気的に接続するために、絶縁層11及び半導体基板30を貫通する接続孔150-17が形成されている。すなわち、第1電極8は、接続孔150-17内に形成されている導電部(貫通電極)15を介して、電荷蓄積部43と接続している。The first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1700-2 and the charge accumulation unit 41 formed on the semiconductor substrate 30 are electrically connected through the conductive portion 12 penetrating the first photoelectric conversion unit 1700-1. That is, in order to electrically connect the first electrode 7 of the second photoelectric conversion unit 1700-2 and the charge accumulation unit 41 formed on the semiconductor substrate 30, the solid-state imaging device 1700 has a connection hole 1214-17 penetrating the insulating layer 10, the first photoelectric conversion unit 1700-1, and the semiconductor substrate 30. A conductive portion (through electrode) 12 and a conductive portion (through electrode) 14 are formed in the connection hole 1214-17, and the conductive portion (through electrode) 12 connected to the first electrode 7 and the conductive portion (through electrode) 14 connected to the charge accumulation unit 41 are connected through a via 13 formed in the insulating layer 11. The photodiode (PD) 9 formed on the semiconductor substrate 30 is connected to the charge accumulation unit 42. Further, in order to electrically connect the first electrode 8 of the first photoelectric conversion unit 1700-1 and the charge accumulation unit 43 formed in the semiconductor substrate 30, a connection hole 150-17 is formed penetrating the insulating layer 11 and the semiconductor substrate 30. That is, the first electrode 8 is connected to the charge accumulation unit 43 via a conductive portion (through electrode) 15 formed in the connection hole 150-17.
接続孔1214-17内には、導電部12(貫通電極)の外周を覆うように、導電部12(貫通電極)と、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の絶縁層11との間に、電荷蓄積部41に蓄積する電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜517が形成されている。詳しくは、図17中の接続孔1214-17を当該図中の左右方向の中心基準として、左側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の絶縁層11と、絶縁膜517-1(517)と、導電部12とがこの順で形成されて、右側では、絶縁層10、絶縁層10の下方の第2電極2-2、第2電極2-2の下方の光電変換膜5及び光電変換膜5の下方の絶縁層11と、絶縁膜517-2(517)と、導電部12とがこの順で形成されている。絶縁膜517は、図17中の上下方向で見ると、絶縁層10に形成されている第1電極7から、絶縁層11に形成されているビア13まで延在して形成されている。Within the connection hole 1214-17, an insulating film 517 having a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the charge accumulation section 41 is formed between the conductive section 12 (through electrode) and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, and the insulating layer 11 below the photoelectric conversion film 5, so as to cover the outer periphery of the conductive section 12 (through electrode). 17 as a center reference in the horizontal direction in the figure, the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the insulating layer 11 below the photoelectric conversion film 5, the insulating film 517-1 (517), and the conductive portion 12 are formed in this order on the left side, and the insulating layer 10, the second electrode 2-2 below the insulating layer 10, the photoelectric conversion film 5 below the second electrode 2-2, the insulating layer 11 below the photoelectric conversion film 5, the insulating film 517-2 (517), and the conductive portion 12 are formed in this order on the right side. When viewed in the vertical direction in FIG. 17, the insulating film 517 is formed extending from the first electrode 7 formed in the insulating layer 10 to the via 13 formed in the insulating layer 11.
絶縁膜517は、読み出す信号電荷が電子の場合は、負の固定電荷を有する絶縁膜であり、読み出す信号電荷が正孔の場合は、正の固定電荷を有する絶縁膜である。絶縁膜517が、固体撮像装置200に含まれることにより、光電変換膜5で光電変換された信号電荷は導電部12(貫通電極)によって捕獲されることはない。The insulating film 517 is an insulating film having a negative fixed charge when the signal charge to be read out is an electron, and is an insulating film having a positive fixed charge when the signal charge to be read out is a hole. By including the insulating film 517 in the solid-state imaging device 200, the signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 5 is not captured by the conductive portion 12 (through electrode).
絶縁膜517が、負の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜517は、例えば、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化正孔ミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜及び酸窒化アルミニウム膜の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜517は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 517 is an insulating film having a negative fixed charge, the insulating film 517 may include at least one material selected from the group consisting of hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, titanium oxide, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, porphyrium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide, yttrium oxide, aluminum nitride film, hafnium oxynitride film, and aluminum oxynitride film. Furthermore, the insulating film 517 may include an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
絶縁膜517が、正の固定電荷を有する絶縁膜の場合は、絶縁膜517は、例えば、酸窒化シリコン及び窒化シリコン(SiN)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を含むことができる。さらに、絶縁膜517は、前述の材料に加えて、シリコン酸化膜等の絶縁材料を含んでもよいし、シリコン酸化膜等の絶縁材料を、前述の材料から構成される膜(層)とは別の膜(層)として加えてもよい。When the insulating film 517 is an insulating film having a positive fixed charge, the insulating film 517 may contain, for example, at least one material selected from the group consisting of silicon oxynitride and silicon nitride (SiN). Furthermore, the insulating film 517 may contain an insulating material such as a silicon oxide film in addition to the above-mentioned materials, or an insulating material such as a silicon oxide film may be added as a film (layer) separate from the film (layer) composed of the above-mentioned materials.
最後に、図19を用いて説明をする。図19は、固定電荷を有する絶縁膜と固定電荷を有さない絶縁膜との比較結果の一例を示す図である。より詳しくは、図19中の図19(a)は、導電部12の外周を覆うように形成された、固定電荷を有さない絶縁膜5019(図19(a)中の左側は絶縁膜5019-1を示し、図18(b)中の右側は絶縁膜5019-2を示す。)が示されている。図19中の図19(b)は、導電部12の外周を覆うように形成された、固定電荷を有する(図19(b)では負の固定電荷m)絶縁膜519(図19(b)中の左側は絶縁膜519-1を示し、図19(b)中の右側は絶縁膜519-2を示す。)が示されている。Finally, an explanation will be given using FIG. 19. FIG. 19 is a diagram showing an example of the results of a comparison between an insulating film having a fixed charge and an insulating film having no fixed charge. More specifically, FIG. 19(a) in FIG. 19 shows an insulating film 5019 having no fixed charge (the left side in FIG. 19(a) shows insulating film 5019-1, and the right side in FIG. 18(b) shows insulating film 5019-2) formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12. FIG. 19(b) in FIG. 19 shows an insulating film 519 having a fixed charge (negative fixed charge m in FIG. 19(b)) formed so as to cover the outer periphery of the conductive portion 12 (the left side in FIG. 19(b) shows insulating film 519-1, and the right side in FIG. 19(b) shows insulating film 519-2).
図19(a)に示されるように、光電変換膜5で光電変換されて生成された信号電荷(図19(a)では電子)は、矢印S19aに示されるように、導電部12(貫通電極)によって捕獲されて、光電変換膜5の開口率が低下し、残像やランダムノイズが悪化する。As shown in Figure 19(a), the signal charge (electrons in Figure 19(a)) generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film 5 is captured by the conductive portion 12 (through electrode) as shown by arrow S19a, reducing the aperture ratio of the photoelectric conversion film 5 and worsening the afterimage and random noise.
図19(b)に示されるように、光電変換膜5で光電変換されて生成された信号電荷(図19(b)では電子)は、矢印S19bに示されるように、導電部12(貫通電極)によって捕獲されることないので、光電変換膜5の開口率が低下せず、残像やランダムノイズが悪化すことはなく、暗電流が改善される。さらに、図5で説明したような遮蔽電極を必要としないので、必要としない分に応じて、例えば、フォトダイオード(PD)の電子の量を増加させることができる。 As shown in Figure 19(b), the signal charge (electrons in Figure 19(b)) generated by photoelectric conversion in the photoelectric conversion film 5 is not captured by the conductive portion 12 (through electrode) as shown by arrow S19b, so the aperture ratio of the photoelectric conversion film 5 does not decrease, afterimages and random noise do not worsen, and dark current is improved. Furthermore, since a shielding electrode as described in Figure 5 is not required, the amount of electrons in the photodiode (PD), for example, can be increased depending on the amount not required.
以上、本技術に係る第6の実施形態(固体撮像装置の例6)の固体撮像装置について説明した内容は、特に技術的な矛盾がない限り、前述した本技術に係る第1~5の実施形態の固体撮像装置に適用することができる。The above description of the solid-state imaging device of the sixth embodiment (example 6 of solid-state imaging device) of the present technology can be applied to the solid-state imaging devices of the first to fifth embodiments of the present technology described above, unless there is any particular technical contradiction.
<8.第7の実施形態(電子機器の例)>
本技術に係る第7の実施形態の電子機器は、本技術に係る第1の実施形態~第6の実施形態の固体撮像装置のうち、いずれか一つ実施形態の固体撮像装置が搭載された電子機器である。
8. Seventh embodiment (example of electronic device)
An electronic device according to a seventh embodiment of the present technology is an electronic device equipped with a solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments of the present technology.
<9.本技術を適用した固体撮像装置の使用例>
図21は、イメージセンサ(固体撮像装置)としての本技術に係る第1~第6の実施形態の固体撮像装置の使用例を示す図である。
9. Examples of Use of Solid-State Imaging Device to which the Present Technology is Applied
FIG. 21 is a diagram showing an example of using the solid-state imaging devices according to the first to sixth embodiments of the present technology as an image sensor (solid-state imaging device).
上述した第1~第6の実施形態の固体撮像装置は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングするさまざまなケースに使用することができる。すなわち、図21に示すように、例えば、鑑賞の用に供される画像を撮影する鑑賞の分野、交通の分野、家電の分野、医療・ヘルスケアの分野、セキュリティの分野、美容の分野、スポーツの分野、農業の分野等において用いられる装置(例えば、上述した第7の実施形態の電子機器)に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。The solid-state imaging devices of the first to sixth embodiments described above can be used in various cases for sensing light such as visible light, infrared light, ultraviolet light, and X-rays, for example, as described below. That is, as shown in FIG. 21, the solid-state imaging device of any one of the first to sixth embodiments can be used in a device (for example, the electronic device of the seventh embodiment described above) used in the fields of appreciation for capturing images for appreciation, transportation, home appliances, medicine and health care, security, beauty, sports, agriculture, and the like.
具体的には、鑑賞の分野においては、例えば、デジタルカメラやスマートフォン、カメラ機能付きの携帯電話機等の、鑑賞の用に供される画像を撮影するための装置に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。 Specifically, in the field of appreciation, a solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments can be used in devices for capturing images for appreciation, such as digital cameras, smartphones, and mobile phones with camera functions.
交通の分野においては、例えば、自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。In the field of transportation, for example, a solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments can be used in devices used for transportation purposes, such as on-board sensors that capture images of the front, rear, surroundings, and interior of a vehicle for safe driving such as automatic stopping and for recognition of the driver's condition, surveillance cameras that monitor moving vehicles and roads, and distance measuring sensors that measure distances between vehicles, etc.
家電の分野においては、例えば、ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、テレビ受像機や冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置で、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。In the field of home appliances, for example, a solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments can be used in devices provided in home appliances such as television sets, refrigerators, and air conditioners to capture images of user gestures and operate the appliance in accordance with those gestures.
医療・ヘルスケアの分野においては、例えば、内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。In the medical and healthcare fields, the solid-state imaging device of any one of the first to sixth embodiments can be used in devices used for medical or healthcare purposes, such as endoscopes and devices that perform vascular imaging by receiving infrared light.
セキュリティの分野においては、例えば、防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。In the field of security, for example, a solid-state imaging device of any one of the first to sixth embodiments can be used in devices used for security purposes, such as surveillance cameras for crime prevention purposes and cameras for person authentication purposes.
美容の分野においては、例えば、肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。In the field of beauty, for example, a solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments can be used in devices used for beauty purposes, such as a skin measuring device that photographs the skin or a microscope that photographs the scalp.
スポーツの分野において、例えば、スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。In the field of sports, for example, a solid-state imaging device of any one of the first to sixth embodiments can be used in a device for sports use, such as an action camera or a wearable camera for sports applications.
農業の分野においては、例えば、畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置に、第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置を使用することができる。In the agricultural field, for example, a solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments can be used in equipment used for agricultural purposes, such as a camera for monitoring the condition of fields and crops.
次に、本技術に係る第1~第6の実施形態の固体撮像装置の使用例を具体的に説明する。例えば、上述で説明をした第1~第6の実施形態のいずれか1つの実施形態の固体撮像装置が用いられる。具体的には、固体撮像装置101として、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図22に、その一例として、電子機器102(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器102は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、固体撮像装置101と、光学系(光学レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置101およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313と、信号処理部312とを有する。Next, a specific example of the use of the solid-state imaging device according to the first to sixth embodiments of the present technology will be described. For example, the solid-state imaging device according to any one of the first to sixth embodiments described above is used. Specifically, the solid-state imaging device 101 can be applied to any type of electronic device equipped with an imaging function, such as a camera system such as a digital still camera or video camera, or a mobile phone with an imaging function. FIG. 22 shows a schematic configuration of an electronic device 102 (camera) as an example. The electronic device 102 is, for example, a video camera capable of taking still or moving images, and includes the solid-state imaging device 101, an optical system (optical lens) 310, a shutter device 311, a drive unit 313 for driving the solid-state imaging device 101 and the shutter device 311, and a signal processing unit 312.
光学系310は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置101の画素部101aへ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、固体撮像装置101への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、固体撮像装置101の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、固体撮像装置101から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Doutは、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、あるいは、モニタ等に出力される。The optical system 310 guides image light (incident light) from a subject to the pixel section 101a of the solid-state imaging device 101. This optical system 310 may be composed of multiple optical lenses. The shutter device 311 controls the light irradiation period and light blocking period to the solid-state imaging device 101. The drive section 313 controls the transfer operation of the solid-state imaging device 101 and the shutter operation of the shutter device 311. The signal processing section 312 performs various signal processing on the signal output from the solid-state imaging device 101. The video signal Dout after signal processing is stored in a storage medium such as a memory, or is output to a monitor, etc.
<10.内視鏡手術システムへの応用例>
本技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術(本技術)は、内視鏡手術システムに適用されてもよい。
<10. Application example to endoscopic surgery system>
The present technology can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure (the present technology) may be applied to an endoscopic surgery system.
図23は、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る内視鏡手術システムの概略的な構成の一例を示す図である。 Figure 23 is a diagram showing an example of the general configuration of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein (the present technology) can be applied.
図23では、術者(医師)11131が、内視鏡手術システム11000を用いて、患者ベッド11133上の患者11132に手術を行っている様子が図示されている。図示するように、内視鏡手術システム11000は、内視鏡11100と、気腹チューブ11111やエネルギー処置具11112等の、その他の術具11110と、内視鏡11100を支持する支持アーム装置11120と、内視鏡下手術のための各種の装置が搭載されたカート11200と、から構成される。23 shows an operator (doctor) 11131 performing surgery on a patient 11132 on a patient bed 11133 using an endoscopic surgery system 11000. As shown in the figure, the endoscopic surgery system 11000 is composed of an endoscope 11100, other surgical tools 11110 such as an insufflation tube 11111 and an energy treatment tool 11112, a support arm device 11120 that supports the endoscope 11100, and a cart 11200 on which various devices for endoscopic surgery are mounted.
内視鏡11100は、先端から所定の長さの領域が患者11132の体腔内に挿入される鏡筒11101と、鏡筒11101の基端に接続されるカメラヘッド11102と、から構成される。図示する例では、硬性の鏡筒11101を有するいわゆる硬性鏡として構成される内視鏡11100を図示しているが、内視鏡11100は、軟性の鏡筒を有するいわゆる軟性鏡として構成されてもよい。The endoscope 11100 is composed of a lens barrel 11101, the tip of which is inserted into the body cavity of the patient 11132 at a predetermined length, and a camera head 11102 connected to the base end of the lens barrel 11101. In the illustrated example, the endoscope 11100 is configured as a so-called rigid lens barrel having a rigid lens barrel 11101, but the endoscope 11100 may be configured as a so-called flexible lens barrel having a flexible lens barrel.
鏡筒11101の先端には、対物レンズが嵌め込まれた開口部が設けられている。内視鏡11100には光源装置11203が接続されており、当該光源装置11203によって生成された光が、鏡筒11101の内部に延設されるライトガイドによって当該鏡筒の先端まで導光され、対物レンズを介して患者11132の体腔内の観察対象に向かって照射される。なお、内視鏡11100は、直視鏡であってもよいし、斜視鏡又は側視鏡であってもよい。An opening into which an objective lens is fitted is provided at the tip of the lens barrel 11101. A light source device 11203 is connected to the endoscope 11100, and light generated by the light source device 11203 is guided to the tip of the lens barrel by a light guide extending inside the lens barrel 11101, and is irradiated via the objective lens toward an object to be observed in the body cavity of the patient 11132. The endoscope 11100 may be a direct-viewing endoscope, an oblique-viewing endoscope, or a side-viewing endoscope.
カメラヘッド11102の内部には光学系及び撮像素子が設けられており、観察対象からの反射光(観察光)は当該光学系によって当該撮像素子に集光される。当該撮像素子によって観察光が光電変換され、観察光に対応する電気信号、すなわち観察像に対応する画像信号が生成される。当該画像信号は、RAWデータとしてカメラコントロールユニット(CCU:Camera Control Unit)11201に送信される。An optical system and an image sensor are provided inside the camera head 11102, and the reflected light (observation light) from the observation object is focused on the image sensor by the optical system. The observation light is photoelectrically converted by the image sensor to generate an electrical signal corresponding to the observation light, i.e., an image signal corresponding to the observation image. The image signal is sent to the camera control unit (CCU: Camera Control Unit) 11201 as RAW data.
CCU11201は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等によって構成され、内視鏡11100及び表示装置11202の動作を統括的に制御する。さらに、CCU11201は、カメラヘッド11102から画像信号を受け取り、その画像信号に対して、例えば現像処理(デモザイク処理)等の、当該画像信号に基づく画像を表示するための各種の画像処理を施す。The CCU 11201 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), etc., and controls the overall operation of the endoscope 11100 and the display device 11202. Furthermore, the CCU 11201 receives an image signal from the camera head 11102, and performs various image processing on the image signal, such as development processing (demosaic processing), to display an image based on the image signal.
表示装置11202は、CCU11201からの制御により、当該CCU11201によって画像処理が施された画像信号に基づく画像を表示する。 The display device 11202, under the control of the CCU 11201, displays an image based on an image signal that has been subjected to image processing by the CCU 11201.
光源装置11203は、例えばLED(Light Emitting Diode)等の光源から構成され、術部等を撮影する際の照射光を内視鏡11100に供給する。The light source device 11203 is composed of a light source such as an LED (Light Emitting Diode) and supplies illumination light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site, etc.
入力装置11204は、内視鏡手術システム11000に対する入力インタフェースである。ユーザは、入力装置11204を介して、内視鏡手術システム11000に対して各種の情報の入力や指示入力を行うことができる。例えば、ユーザは、内視鏡11100による撮像条件(照射光の種類、倍率及び焦点距離等)を変更する旨の指示等を入力する。The input device 11204 is an input interface for the endoscopic surgery system 11000. A user can input various information and instructions to the endoscopic surgery system 11000 via the input device 11204. For example, the user inputs an instruction to change the imaging conditions (type of irradiation light, magnification, focal length, etc.) of the endoscope 11100.
処置具制御装置11205は、組織の焼灼、切開又は血管の封止等のためのエネルギー処置具11112の駆動を制御する。気腹装置11206は、内視鏡11100による視野の確保及び術者の作業空間の確保の目的で、患者11132の体腔を膨らめるために、気腹チューブ11111を介して当該体腔内にガスを送り込む。レコーダ11207は、手術に関する各種の情報を記録可能な装置である。プリンタ11208は、手術に関する各種の情報を、テキスト、画像又はグラフ等各種の形式で印刷可能な装置である。The treatment tool control device 11205 controls the operation of the energy treatment tool 11112 for cauterizing tissue, incising, sealing blood vessels, etc. The insufflation device 11206 sends gas into the body cavity of the patient 11132 via the insufflation tube 11111 to inflate the body cavity in order to ensure a clear field of view for the endoscope 11100 and to ensure a working space for the surgeon. The recorder 11207 is a device capable of recording various types of information related to surgery. The printer 11208 is a device capable of printing various types of information related to surgery in various formats such as text, images, or graphs.
なお、内視鏡11100に術部を撮影する際の照射光を供給する光源装置11203は、例えばLED、レーザ光源又はこれらの組み合わせによって構成される白色光源から構成することができる。RGBレーザ光源の組み合わせにより白色光源が構成される場合には、各色(各波長)の出力強度及び出力タイミングを高精度に制御することができるため、光源装置11203において撮像画像のホワイトバランスの調整を行うことができる。また、この場合には、RGBレーザ光源それぞれからのレーザ光を時分割で観察対象に照射し、その照射タイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御することにより、RGBそれぞれに対応した画像を時分割で撮像することも可能である。当該方法によれば、当該撮像素子にカラーフィルタを設けなくても、カラー画像を得ることができる。The light source device 11203 that supplies irradiation light to the endoscope 11100 when photographing the surgical site can be composed of a white light source composed of, for example, an LED, a laser light source, or a combination of these. When the white light source is composed of a combination of RGB laser light sources, the output intensity and output timing of each color (each wavelength) can be controlled with high precision, so that the white balance of the captured image can be adjusted in the light source device 11203. In this case, it is also possible to capture images corresponding to each of the RGB colors in a time-division manner by irradiating the observation object with laser light from each of the RGB laser light sources in a time-division manner and controlling the drive of the image sensor of the camera head 11102 in synchronization with the irradiation timing. According to this method, a color image can be obtained without providing a color filter to the image sensor.
また、光源装置11203は、出力する光の強度を所定の時間ごとに変更するようにその駆動が制御されてもよい。その光の強度の変更のタイミングに同期してカメラヘッド11102の撮像素子の駆動を制御して時分割で画像を取得し、その画像を合成することにより、いわゆる黒つぶれ及び白とびのない高ダイナミックレンジの画像を生成することができる。 The light source device 11203 may be controlled to change the intensity of the light it outputs at predetermined time intervals. The driving of the image sensor of the camera head 11102 may be controlled in synchronization with the timing of the change in the light intensity to acquire images in a time-division manner, and the images may be synthesized to generate an image with a high dynamic range that is free of so-called blackout and whiteout.
また、光源装置11203は、特殊光観察に対応した所定の波長帯域の光を供給可能に構成されてもよい。特殊光観察では、例えば、体組織における光の吸収の波長依存性を利用して、通常の観察時における照射光(すなわち、白色光)に比べて狭帯域の光を照射することにより、粘膜表層の血管等の所定の組織を高コントラストで撮影する、いわゆる狭帯域光観察(Narrow Band Imaging)が行われる。あるいは、特殊光観察では、励起光を照射することにより発生する蛍光により画像を得る蛍光観察が行われてもよい。蛍光観察では、体組織に励起光を照射し当該体組織からの蛍光を観察すること(自家蛍光観察)、又はインドシアニングリーン(ICG)等の試薬を体組織に局注するとともに当該体組織にその試薬の蛍光波長に対応した励起光を照射し蛍光像を得ること等を行うことができる。光源装置11203は、このような特殊光観察に対応した狭帯域光及び/又は励起光を供給可能に構成され得る。 The light source device 11203 may also be configured to supply light of a predetermined wavelength band corresponding to special light observation. In special light observation, for example, by utilizing the wavelength dependency of light absorption in body tissue, a narrow band of light is irradiated compared to the irradiation light (i.e., white light) during normal observation, a predetermined tissue such as blood vessels on the mucosal surface is photographed with high contrast, so-called narrow band imaging. Alternatively, in special light observation, fluorescence observation may be performed in which an image is obtained by fluorescence generated by irradiating excitation light. In fluorescence observation, excitation light is irradiated to body tissue and fluorescence from the body tissue is observed (autofluorescence observation), or a reagent such as indocyanine green (ICG) is locally injected into the body tissue and excitation light corresponding to the fluorescence wavelength of the reagent is irradiated to the body tissue to obtain a fluorescent image. The light source device 11203 may be configured to supply narrow band light and/or excitation light corresponding to such special light observation.
図24は、図23に示すカメラヘッド11102及びCCU11201の機能構成の一例を示すブロック図である。 Figure 24 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the camera head 11102 and CCU 11201 shown in Figure 23.
カメラヘッド11102は、レンズユニット11401と、撮像部11402と、駆動部11403と、通信部11404と、カメラヘッド制御部11405と、を有する。CCU11201は、通信部11411と、画像処理部11412と、制御部11413と、を有する。カメラヘッド11102とCCU11201とは、伝送ケーブル11400によって互いに通信可能に接続されている。The camera head 11102 has a lens unit 11401, an imaging unit 11402, a drive unit 11403, a communication unit 11404, and a camera head control unit 11405. The CCU 11201 has a communication unit 11411, an image processing unit 11412, and a control unit 11413. The camera head 11102 and the CCU 11201 are connected to each other by a transmission cable 11400 so that they can communicate with each other.
レンズユニット11401は、鏡筒11101との接続部に設けられる光学系である。鏡筒11101の先端から取り込まれた観察光は、カメラヘッド11102まで導光され、当該レンズユニット11401に入射する。レンズユニット11401は、ズームレンズ及びフォーカスレンズを含む複数のレンズが組み合わされて構成される。 The lens unit 11401 is an optical system provided at the connection with the lens barrel 11101. Observation light taken in from the tip of the lens barrel 11101 is guided to the camera head 11102 and enters the lens unit 11401. The lens unit 11401 is composed of a combination of multiple lenses including a zoom lens and a focus lens.
撮像部11402は、撮像素子で構成される。撮像部11402を構成する撮像素子は、1つ(いわゆる単板式)であってもよいし、複数(いわゆる多板式)であってもよい。撮像部11402が多板式で構成される場合には、例えば各撮像素子によってRGBそれぞれに対応する画像信号が生成され、それらが合成されることによりカラー画像が得られてもよい。あるいは、撮像部11402は、3D(Dimensional)表示に対応する右目用及び左目用の画像信号をそれぞれ取得するための1対の撮像素子を有するように構成されてもよい。3D表示が行われることにより、術者11131は術部における生体組織の奥行きをより正確に把握することが可能になる。なお、撮像部11402が多板式で構成される場合には、各撮像素子に対応して、レンズユニット11401も複数系統設けられ得る。The imaging unit 11402 is composed of an imaging element. The imaging element constituting the imaging unit 11402 may be one (so-called single-plate type) or multiple (so-called multi-plate type). When the imaging unit 11402 is composed of a multi-plate type, for example, each imaging element may generate an image signal corresponding to each of RGB, and a color image may be obtained by combining them. Alternatively, the imaging unit 11402 may be configured to have a pair of imaging elements for acquiring image signals for the right eye and the left eye corresponding to 3D (Dimensional) display. By performing 3D display, the surgeon 11131 can more accurately grasp the depth of the biological tissue in the surgical site. In addition, when the imaging unit 11402 is composed of a multi-plate type, multiple lens units 11401 may be provided corresponding to each imaging element.
また、撮像部11402は、必ずしもカメラヘッド11102に設けられなくてもよい。例えば、撮像部11402は、鏡筒11101の内部に、対物レンズの直後に設けられてもよい。 Furthermore, the imaging unit 11402 does not necessarily have to be provided in the camera head 11102. For example, the imaging unit 11402 may be provided inside the telescope tube 11101, immediately after the objective lens.
駆動部11403は、アクチュエータによって構成され、カメラヘッド制御部11405からの制御により、レンズユニット11401のズームレンズ及びフォーカスレンズを光軸に沿って所定の距離だけ移動させる。これにより、撮像部11402による撮像画像の倍率及び焦点が適宜調整され得る。The driving unit 11403 is composed of an actuator, and moves the zoom lens and focus lens of the lens unit 11401 a predetermined distance along the optical axis under the control of the camera head control unit 11405. This allows the magnification and focus of the image captured by the imaging unit 11402 to be appropriately adjusted.
通信部11404は、CCU11201との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11404は、撮像部11402から得た画像信号をRAWデータとして伝送ケーブル11400を介してCCU11201に送信する。The communication unit 11404 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information between the communication unit 11404 and the CCU 11201. The communication unit 11404 transmits the image signal obtained from the imaging unit 11402 as RAW data to the CCU 11201 via the transmission cable 11400.
また、通信部11404は、CCU11201から、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を受信し、カメラヘッド制御部11405に供給する。当該制御信号には、例えば、撮像画像のフレームレートを指定する旨の情報、撮像時の露出値を指定する旨の情報、並びに/又は撮像画像の倍率及び焦点を指定する旨の情報等、撮像条件に関する情報が含まれる。In addition, the communication unit 11404 receives a control signal for controlling the driving of the camera head 11102 from the CCU 11201, and supplies it to the camera head control unit 11405. The control signal includes information on the imaging conditions, such as information specifying the frame rate of the captured image, information specifying the exposure value at the time of capturing the image, and/or information specifying the magnification and focus of the captured image.
なお、上記のフレームレートや露出値、倍率、焦点等の撮像条件は、ユーザによって適宜指定されてもよいし、取得された画像信号に基づいてCCU11201の制御部11413によって自動的に設定されてもよい。後者の場合には、いわゆるAE(Auto Exposure)機能、AF(Auto Focus)機能及びAWB(Auto White Balance)機能が内視鏡11100に搭載されていることになる。The above-mentioned frame rate, exposure value, magnification, focus, and other imaging conditions may be appropriately specified by the user, or may be automatically set by the control unit 11413 of the CCU 11201 based on the acquired image signal. In the latter case, the endoscope 11100 is equipped with a so-called AE (Auto Exposure) function, AF (Auto Focus) function, and AWB (Auto White Balance) function.
カメラヘッド制御部11405は、通信部11404を介して受信したCCU11201からの制御信号に基づいて、カメラヘッド11102の駆動を制御する。 The camera head control unit 11405 controls the operation of the camera head 11102 based on a control signal from the CCU 11201 received via the communication unit 11404.
通信部11411は、カメラヘッド11102との間で各種の情報を送受信するための通信装置によって構成される。通信部11411は、カメラヘッド11102から、伝送ケーブル11400を介して送信される画像信号を受信する。The communication unit 11411 is configured by a communication device for transmitting and receiving various information between the camera head 11102. The communication unit 11411 receives an image signal transmitted from the camera head 11102 via the transmission cable 11400.
また、通信部11411は、カメラヘッド11102に対して、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を送信する。画像信号や制御信号は、電気通信や光通信等によって送信することができる。 In addition, the communication unit 11411 transmits a control signal to the camera head 11102 for controlling the driving of the camera head 11102. The image signal and the control signal can be transmitted by electrical communication, optical communication, etc.
画像処理部11412は、カメラヘッド11102から送信されたRAWデータである画像信号に対して各種の画像処理を施す。 The image processing unit 11412 performs various image processing on the image signal, which is RAW data transmitted from the camera head 11102.
制御部11413は、内視鏡11100による術部等の撮像、及び、術部等の撮像により得られる撮像画像の表示に関する各種の制御を行う。例えば、制御部11413は、カメラヘッド11102の駆動を制御するための制御信号を生成する。The control unit 11413 performs various controls related to the imaging of the surgical site, etc. by the endoscope 11100, and the display of the captured images obtained by imaging the surgical site, etc. For example, the control unit 11413 generates a control signal for controlling the driving of the camera head 11102.
また、制御部11413は、画像処理部11412によって画像処理が施された画像信号に基づいて、術部等が映った撮像画像を表示装置11202に表示させる。この際、制御部11413は、各種の画像認識技術を用いて撮像画像内における各種の物体を認識してもよい。例えば、制御部11413は、撮像画像に含まれる物体のエッジの形状や色等を検出することにより、鉗子等の術具、特定の生体部位、出血、エネルギー処置具11112の使用時のミスト等を認識することができる。制御部11413は、表示装置11202に撮像画像を表示させる際に、その認識結果を用いて、各種の手術支援情報を当該術部の画像に重畳表示させてもよい。手術支援情報が重畳表示され、術者11131に提示されることにより、術者11131の負担を軽減することや、術者11131が確実に手術を進めることが可能になる。 The control unit 11413 also displays the captured image showing the surgical site on the display device 11202 based on the image signal that has been image-processed by the image processing unit 11412. At this time, the control unit 11413 may recognize various objects in the captured image using various image recognition techniques. For example, the control unit 11413 can recognize surgical tools such as forceps, specific biological parts, bleeding, mist generated when using the energy treatment tool 11112, and the like, by detecting the shape and color of the edges of objects included in the captured image. When the control unit 11413 displays the captured image on the display device 11202, it may use the recognition result to superimpose various types of surgical support information on the image of the surgical site. By superimposing the surgical support information and presenting it to the surgeon 11131, the burden on the surgeon 11131 can be reduced and the surgeon 11131 can proceed with the surgery reliably.
カメラヘッド11102及びCCU11201を接続する伝送ケーブル11400は、電気信号の通信に対応した電気信号ケーブル、光通信に対応した光ファイバ、又はこれらの複合ケーブルである。The transmission cable 11400 connecting the camera head 11102 and the CCU 11201 is an electrical signal cable corresponding to communication of electrical signals, an optical fiber corresponding to optical communication, or a composite cable of these.
ここで、図示する例では、伝送ケーブル11400を用いて有線で通信が行われていたが、カメラヘッド11102とCCU11201との間の通信は無線で行われてもよい。 In the illustrated example, communication is performed wired using a transmission cable 11400, but communication between the camera head 11102 and the CCU 11201 may also be performed wirelessly.
以上、本開示に係る技術が適用され得る内視鏡手術システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像装置は、撮像部10402に適用することができる。内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)等に本開示に係る技術を適用することにより、内視鏡11100や、カメラヘッド11102(の撮像部11402)等の性能を向上させることが可能となる。 The above describes an example of an endoscopic surgery system to which the technology disclosed herein can be applied. The technology disclosed herein can be applied to the endoscope 11100, the camera head 11102 (imaging unit 11402), and the like, among the configurations described above. Specifically, the solid-state imaging device related to the present technology can be applied to the imaging unit 10402. By applying the technology disclosed herein to the endoscope 11100, the camera head 11102 (imaging unit 11402), and the like, it is possible to improve the performance of the endoscope 11100, the camera head 11102 (imaging unit 11402), and the like.
ここでは、一例として内視鏡手術システムについて説明したが、本開示に係る技術は、その他、例えば、顕微鏡手術システム等に適用されてもよい。 Here, an endoscopic surgery system has been described as an example, but the technology disclosed herein may also be applied to other systems, such as microsurgery systems.
<11.移動体への応用例>
本開示に係る技術(本技術)は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、自動二輪車、自転車、パーソナルモビリティ、飛行機、ドローン、船舶、ロボット等のいずれかの種類の移動体に搭載される装置として実現されてもよい。
<11. Examples of applications to moving objects>
The technology according to the present disclosure (the present technology) can be applied to various products. For example, the technology according to the present disclosure may be realized as a device mounted on any type of moving body such as an automobile, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a motorcycle, a bicycle, a personal mobility device, an airplane, a drone, a ship, or a robot.
図25は、本開示に係る技術が適用され得る移動体制御システムの一例である車両制御システムの概略的な構成例を示すブロック図である。 Figure 25 is a block diagram showing a schematic configuration example of a vehicle control system, which is an example of a mobile object control system to which the technology disclosed herein can be applied.
車両制御システム12000は、通信ネットワーク12001を介して接続された複数の電子制御ユニットを備える。図25に示した例では、車両制御システム12000は、駆動系制御ユニット12010、ボディ系制御ユニット12020、車外情報検出ユニット12030、車内情報検出ユニット12040、及び統合制御ユニット12050を備える。また、統合制御ユニット12050の機能構成として、マイクロコンピュータ12051、音声画像出力部12052、及び車載ネットワークI/F(interface)12053が図示されている。The vehicle control system 12000 includes a plurality of electronic control units connected via a communication network 12001. In the example shown in Fig. 25, the vehicle control system 12000 includes a drive system control unit 12010, a body system control unit 12020, an outside vehicle information detection unit 12030, an inside vehicle information detection unit 12040, and an integrated control unit 12050. In addition, as functional configurations of the integrated control unit 12050, a microcomputer 12051, an audio/video output unit 12052, and an in-vehicle network I/F (interface) 12053 are shown.
駆動系制御ユニット12010は、各種プログラムにしたがって車両の駆動系に関連する装置の動作を制御する。例えば、駆動系制御ユニット12010は、内燃機関又は駆動用モータ等の車両の駆動力を発生させるための駆動力発生装置、駆動力を車輪に伝達するための駆動力伝達機構、車両の舵角を調節するステアリング機構、及び、車両の制動力を発生させる制動装置等の制御装置として機能する。The drive system control unit 12010 controls the operation of devices related to the drive system of the vehicle according to various programs. For example, the drive system control unit 12010 functions as a control device for a drive force generating device for generating a drive force of the vehicle, such as an internal combustion engine or a drive motor, a drive force transmission mechanism for transmitting the drive force to the wheels, a steering mechanism for adjusting the steering angle of the vehicle, and a braking device for generating a braking force of the vehicle.
ボディ系制御ユニット12020は、各種プログラムにしたがって車体に装備された各種装置の動作を制御する。例えば、ボディ系制御ユニット12020は、キーレスエントリシステム、スマートキーシステム、パワーウィンドウ装置、あるいは、ヘッドランプ、バックランプ、ブレーキランプ、ウィンカー又はフォグランプ等の各種ランプの制御装置として機能する。この場合、ボディ系制御ユニット12020には、鍵を代替する携帯機から発信される電波又は各種スイッチの信号が入力され得る。ボディ系制御ユニット12020は、これらの電波又は信号の入力を受け付け、車両のドアロック装置、パワーウィンドウ装置、ランプ等を制御する。The body system control unit 12020 controls the operation of various devices installed in the vehicle body according to various programs. For example, the body system control unit 12020 functions as a control device for a keyless entry system, a smart key system, a power window device, or various lamps such as headlamps, tail lamps, brake lamps, turn signals, and fog lamps. In this case, radio waves or signals from various switches transmitted from a portable device that replaces a key can be input to the body system control unit 12020. The body system control unit 12020 accepts the input of these radio waves or signals and controls the vehicle's door lock device, power window device, lamps, etc.
車外情報検出ユニット12030は、車両制御システム12000を搭載した車両の外部の情報を検出する。例えば、車外情報検出ユニット12030には、撮像部12031が接続される。車外情報検出ユニット12030は、撮像部12031に車外の画像を撮像させるとともに、撮像された画像を受信する。車外情報検出ユニット12030は、受信した画像に基づいて、人、車、障害物、標識又は路面上の文字等の物体検出処理又は距離検出処理を行ってもよい。The outside-vehicle information detection unit 12030 detects information outside the vehicle equipped with the vehicle control system 12000. For example, the image capturing unit 12031 is connected to the outside-vehicle information detection unit 12030. The outside-vehicle information detection unit 12030 causes the image capturing unit 12031 to capture images outside the vehicle and receives the captured images. The outside-vehicle information detection unit 12030 may perform object detection processing or distance detection processing for people, cars, obstacles, signs, or characters on the road surface based on the received images.
撮像部12031は、光を受光し、その光の受光量に応じた電気信号を出力する光センサである。撮像部12031は、電気信号を画像として出力することもできるし、測距の情報として出力することもできる。また、撮像部12031が受光する光は、可視光であっても良いし、赤外線等の非可視光であっても良い。The imaging unit 12031 is an optical sensor that receives light and outputs an electrical signal according to the amount of light received. The imaging unit 12031 can output the electrical signal as an image, or as distance measurement information. The light received by the imaging unit 12031 may be visible light or invisible light such as infrared light.
車内情報検出ユニット12040は、車内の情報を検出する。車内情報検出ユニット12040には、例えば、運転者の状態を検出する運転者状態検出部12041が接続される。運転者状態検出部12041は、例えば運転者を撮像するカメラを含み、車内情報検出ユニット12040は、運転者状態検出部12041から入力される検出情報に基づいて、運転者の疲労度合い又は集中度合いを算出してもよいし、運転者が居眠りをしていないかを判別してもよい。The in-vehicle information detection unit 12040 detects information inside the vehicle. For example, a driver state detection unit 12041 that detects the state of the driver is connected to the in-vehicle information detection unit 12040. The driver state detection unit 12041 includes, for example, a camera that captures an image of the driver, and the in-vehicle information detection unit 12040 may calculate the degree of fatigue or concentration of the driver based on the detection information input from the driver state detection unit 12041, or may determine whether the driver is dozing off.
マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車内外の情報に基づいて、駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置の制御目標値を演算し、駆動系制御ユニット12010に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両の衝突回避あるいは衝撃緩和、車間距離に基づく追従走行、車速維持走行、車両の衝突警告、又は車両のレーン逸脱警告等を含むADAS(Advanced Driver Assistance System)の機能実現を目的とした協調制御を行うことができる。The microcomputer 12051 can calculate the control target values of the driving force generating device, steering mechanism, or braking device based on the information inside and outside the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040, and output a control command to the drive system control unit 12010. For example, the microcomputer 12051 can perform cooperative control aimed at realizing the functions of an ADAS (Advanced Driver Assistance System), including vehicle collision avoidance or impact mitigation, following driving based on the distance between vehicles, maintaining vehicle speed, vehicle collision warning, or vehicle lane departure warning.
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030又は車内情報検出ユニット12040で取得される車両の周囲の情報に基づいて駆動力発生装置、ステアリング機構又は制動装置等を制御することにより、運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。 In addition, the microcomputer 12051 can perform cooperative control for the purpose of autonomous driving, which allows the vehicle to travel autonomously without relying on the driver's operation, by controlling the driving force generating device, steering mechanism, braking device, etc. based on information about the surroundings of the vehicle acquired by the outside vehicle information detection unit 12030 or the inside vehicle information detection unit 12040.
また、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で取得される車外の情報に基づいて、ボディ系制御ユニット12020に対して制御指令を出力することができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車外情報検出ユニット12030で検知した先行車又は対向車の位置に応じてヘッドランプを制御し、ハイビームをロービームに切り替える等の防眩を図ることを目的とした協調制御を行うことができる。In addition, the microcomputer 12051 can output a control command to the body system control unit 12020 based on the information outside the vehicle acquired by the outside-vehicle information detection unit 12030. For example, the microcomputer 12051 can control the headlamps according to the position of a preceding vehicle or an oncoming vehicle detected by the outside-vehicle information detection unit 12030, and perform cooperative control for the purpose of preventing glare, such as switching from high beams to low beams.
音声画像出力部12052は、車両の搭乗者又は車外に対して、視覚的又は聴覚的に情報を通知することが可能な出力装置へ音声及び画像のうちの少なくとも一方の出力信号を送信する。図25の例では、出力装置として、オーディオスピーカ12061、表示部12062及びインストルメントパネル12063が例示されている。表示部12062は、例えば、オンボードディスプレイ及びヘッドアップディスプレイの少なくとも一つを含んでいてもよい。The audio/image output unit 12052 transmits at least one output signal of audio and image to an output device capable of visually or audibly notifying the occupants of the vehicle or the outside of the vehicle of information. In the example of Fig. 25, an audio speaker 12061, a display unit 12062, and an instrument panel 12063 are exemplified as output devices. The display unit 12062 may include, for example, at least one of an on-board display and a head-up display.
図26は、撮像部12031の設置位置の例を示す図である。 Figure 26 is a diagram showing an example of the installation position of the imaging unit 12031.
図26では、車両12100は、撮像部12031として、撮像部12101,12102,12103,12104,12105を有する。 In FIG. 26, vehicle 12100 has imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 as imaging unit 12031.
撮像部12101,12102,12103,12104,12105は、例えば、車両12100のフロントノーズ、サイドミラー、リアバンパ、バックドア及び車室内のフロントガラスの上部等の位置に設けられる。フロントノーズに備えられる撮像部12101及び車室内のフロントガラスの上部に備えられる撮像部12105は、主として車両12100の前方の画像を取得する。サイドミラーに備えられる撮像部12102,12103は、主として車両12100の側方の画像を取得する。リアバンパ又はバックドアに備えられる撮像部12104は、主として車両12100の後方の画像を取得する。撮像部12101及び12105で取得される前方の画像は、主として先行車両又は、歩行者、障害物、信号機、交通標識又は車線等の検出に用いられる。The imaging units 12101, 12102, 12103, 12104, and 12105 are provided, for example, at the front nose, side mirrors, rear bumper, back door, and the upper part of the windshield inside the vehicle cabin of the vehicle 12100. The imaging unit 12101 provided at the front nose and the imaging unit 12105 provided at the upper part of the windshield inside the vehicle cabin mainly acquire images of the front of the vehicle 12100. The imaging units 12102 and 12103 provided at the side mirrors mainly acquire images of the sides of the vehicle 12100. The imaging unit 12104 provided at the rear bumper or back door mainly acquires images of the rear of the vehicle 12100. The images of the front acquired by the imaging units 12101 and 12105 are mainly used to detect leading vehicles, pedestrians, obstacles, traffic lights, traffic signs, lanes, etc.
なお、図26には、撮像部12101ないし12104の撮影範囲の一例が示されている。撮像範囲12111は、フロントノーズに設けられた撮像部12101の撮像範囲を示し、撮像範囲12112,12113は、それぞれサイドミラーに設けられた撮像部12102,12103の撮像範囲を示し、撮像範囲12114は、リアバンパ又はバックドアに設けられた撮像部12104の撮像範囲を示す。例えば、撮像部12101ないし12104で撮像された画像データが重ね合わせられることにより、車両12100を上方から見た俯瞰画像が得られる。26 shows an example of the imaging ranges of the imaging units 12101 to 12104. Imaging range 12111 indicates the imaging range of the imaging unit 12101 provided on the front nose, imaging ranges 12112 and 12113 indicate the imaging ranges of the imaging units 12102 and 12103 provided on the side mirrors, respectively, and imaging range 12114 indicates the imaging range of the imaging unit 12104 provided on the rear bumper or back door. For example, an overhead image of the vehicle 12100 viewed from above is obtained by superimposing the image data captured by the imaging units 12101 to 12104.
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、距離情報を取得する機能を有していてもよい。例えば、撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、複数の撮像素子からなるステレオカメラであってもよいし、位相差検出用の画素を有する撮像素子であってもよい。At least one of the imaging units 12101 to 12104 may have a function of acquiring distance information. For example, at least one of the imaging units 12101 to 12104 may be a stereo camera consisting of multiple imaging elements, or may be an imaging element having pixels for phase difference detection.
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を基に、撮像範囲12111ないし12114内における各立体物までの距離と、この距離の時間的変化(車両12100に対する相対速度)を求めることにより、特に車両12100の進行路上にある最も近い立体物で、車両12100と略同じ方向に所定の速度(例えば、0km/h以上)で走行する立体物を先行車として抽出することができる。さらに、マイクロコンピュータ12051は、先行車の手前に予め確保すべき車間距離を設定し、自動ブレーキ制御(追従停止制御も含む)や自動加速制御(追従発進制御も含む)等を行うことができる。このように運転者の操作に拠らずに自律的に走行する自動運転等を目的とした協調制御を行うことができる。For example, the microcomputer 12051 can extract, as a preceding vehicle, the three-dimensional object that is the closest to the vehicle 12100 on the path of travel and travels in approximately the same direction as the vehicle 12100 at a predetermined speed (for example, 0 km/h or more) by calculating the distance to each three-dimensional object within the imaging range 12111 to 12114 and the change in this distance over time (relative speed to the vehicle 12100) based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104. Furthermore, the microcomputer 12051 can set the vehicle distance to be secured in advance in front of the preceding vehicle and perform automatic brake control (including follow-up stop control) and automatic acceleration control (including follow-up start control). In this way, cooperative control can be performed for the purpose of autonomous driving, which runs autonomously without relying on the driver's operation.
例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104から得られた距離情報を元に、立体物に関する立体物データを、2輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出し、障害物の自動回避に用いることができる。例えば、マイクロコンピュータ12051は、車両12100の周辺の障害物を、車両12100のドライバが視認可能な障害物と視認困難な障害物とに識別する。そして、マイクロコンピュータ12051は、各障害物との衝突の危険度を示す衝突リスクを判断し、衝突リスクが設定値以上で衝突可能性がある状況であるときには、オーディオスピーカ12061や表示部12062を介してドライバに警報を出力することや、駆動系制御ユニット12010を介して強制減速や回避操舵を行うことで、衝突回避のための運転支援を行うことができる。For example, the microcomputer 12051 classifies and extracts three-dimensional object data on three-dimensional objects, such as two-wheeled vehicles, ordinary vehicles, large vehicles, pedestrians, utility poles, and other three-dimensional objects, based on the distance information obtained from the imaging units 12101 to 12104, and can use the data to automatically avoid obstacles. For example, the microcomputer 12051 distinguishes obstacles around the vehicle 12100 into obstacles that are visible to the driver of the vehicle 12100 and obstacles that are difficult to see. Then, the microcomputer 12051 determines the collision risk indicating the risk of collision with each obstacle, and when the collision risk is equal to or exceeds a set value and there is a possibility of a collision, the microcomputer 12051 can provide driving assistance for collision avoidance by outputting an alarm to the driver via the audio speaker 12061 or the display unit 12062, or by performing forced deceleration or avoidance steering via the drive system control unit 12010.
撮像部12101ないし12104の少なくとも1つは、赤外線を検出する赤外線カメラであってもよい。例えば、マイクロコンピュータ12051は、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在するか否かを判定することで歩行者を認識することができる。かかる歩行者の認識は、例えば赤外線カメラとしての撮像部12101ないし12104の撮像画像における特徴点を抽出する手順と、物体の輪郭を示す一連の特徴点にパターンマッチング処理を行って歩行者か否かを判別する手順によって行われる。マイクロコンピュータ12051が、撮像部12101ないし12104の撮像画像中に歩行者が存在すると判定し、歩行者を認識すると、音声画像出力部12052は、当該認識された歩行者に強調のための方形輪郭線を重畳表示するように、表示部12062を制御する。また、音声画像出力部12052は、歩行者を示すアイコン等を所望の位置に表示するように表示部12062を制御してもよい。At least one of the imaging units 12101 to 12104 may be an infrared camera that detects infrared rays. For example, the microcomputer 12051 can recognize a pedestrian by determining whether or not a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104. The recognition of such a pedestrian is performed, for example, by a procedure of extracting feature points in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 as infrared cameras and a procedure of performing pattern matching processing on a series of feature points that indicate the contour of an object to determine whether or not the object is a pedestrian. When the microcomputer 12051 determines that a pedestrian is present in the captured images of the imaging units 12101 to 12104 and recognizes the pedestrian, the audio/image output unit 12052 controls the display unit 12062 to superimpose a rectangular contour line for emphasis on the recognized pedestrian. The audio/image output unit 12052 may also control the display unit 12062 to display an icon or the like indicating a pedestrian at a desired position.
以上、本開示に係る技術(本技術)が適用され得る車両制御システムの一例について説明した。本開示に係る技術は、以上説明した構成のうち、例えば、撮像部12031等に適用され得る。具体的には、本技術に係る固体撮像装置は、撮像部12031に適用することができる。撮像部12031に本開示に係る技術を適用することにより、撮像部12031の性能を向上させることが可能となる。 The above describes an example of a vehicle control system to which the technology related to the present disclosure (the present technology) can be applied. The technology related to the present disclosure can be applied to, for example, the imaging unit 12031, among the configurations described above. Specifically, the solid-state imaging device related to the present technology can be applied to the imaging unit 12031. By applying the technology related to the present disclosure to the imaging unit 12031, it is possible to improve the performance of the imaging unit 12031.
なお、本技術は、上述した実施形態及び使用例、並びに応用例に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 Note that this technology is not limited to the above-mentioned embodiments, use examples, and application examples, and various modifications are possible without departing from the gist of this technology.
また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。 Furthermore, the effects described in this specification are merely examples and are not limiting, and other effects may also exist.
また、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
[1]
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部及び該第2光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第1光電変換部を少なくとも貫通する導電部を介して、該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該導電部の外周の少なくとも一部に絶縁膜部が配され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。
[2]
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と前記第1光電変換部との間に配されている、[1]に記載の固体撮像装置。
[3]
前記導電部が、前記第1光電変換部を貫通して前記半導体基板内に到達し、 前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部及び前記半導体基板との間に配されている、[1]に記載の固体撮像装置。
[4]
前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して前記光電変換膜と対向して配置された電荷蓄積用電極を含む、[1]から[3]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[5]
前記第2光電変換部が複数の画素を有し、
1つの該画素が、1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
前記電荷蓄積部が、該複数の画素によって共有されている、[4]に記載の固体撮像装置。
[6]
前記第1光電変換部を少なくとも貫通する導電部を介して、前記第1光電変換部の前記第1電極及び前記第2光電変換部の前記第1電極と、前記半導体基板に形成された前記電荷蓄積部とを電気的に接続し、
前記導電部の外周の少なくとも一部に前記絶縁膜部が配され、
前記絶縁膜部が、前記少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有し、
前記第1光電変換部が複数の第1画素を有し、
前記第2光電変換部が複数の第2画素を有し、
1つの該第1画素が1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
1つの該第2画素が1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
該電荷蓄積部が、少なくとも1つの該第1画素と少なくとも1つの該第2画素とによって共有されている、[4]又は[5]に記載の固体撮像装置。
[7]
前記絶縁膜部が、前記電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜と、高誘電率材料を有する絶縁膜とから構成される、[1]から[6]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[8]
前記高誘電率材料を有する絶縁膜が前記導電部の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が前記高誘電率材料を有する絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率材料を有する絶縁膜が、前記導電部と、前記固定電荷を有する絶縁膜との間に配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する絶縁膜と、前記第1光電変換部との間に配されている、[7]に記載の固体撮像装置。
[9]
前記固定電荷を有する絶縁膜が前記導電部の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率を有する絶縁膜が前記固定電荷を有する絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が、前記導電部と、前記高誘電率を有する絶縁膜との間に配されて、
前記高誘電率を有する絶縁膜が、前記固定電荷を有する絶縁膜と、前記第1光電変換部との間に配されている、[7]に記載の固体撮像装置。
[10]
前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と前記光電変換膜との間に配された転送層を更に含む、[1]から[9]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[11]
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配されている、[10]に記載の固体撮像装置。
[12]
前記導電部が、前記第1光電変換部を貫通して前記半導体基板内に到達し、
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部、前記第1光電変換部が含む前記転送層及び前記半導体基板との間に配されている、[10]に記載の固体撮像装置。
[13]
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、
該第2光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第3光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部、該第2光電変換部及び該第3光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第1光電変換部を少なくとも貫通する第1導電部を介して、該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された第1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第1導電部の外周の少なくとも一部に第1絶縁膜部が配され、
該第1絶縁膜部が、少なくとも1層の第1絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第1絶縁膜が、該第1電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有し、
該第2光電変換部及び該第1光電変換部を少なくとも貫通する第2導電部を介して、該第3光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された第2電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第2導電部の外周の少なくとも一部に第2絶縁膜部が配され、
該第2絶縁膜部が、少なくとも1層の第2絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第2絶縁膜が、該第2電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。
[14]
前記少なくとも1層の第1絶縁膜が、前記第1導電部の外周を覆うように、前記第1導電部と前記第1光電変換部との間に配され、
前記少なくとも1層の第2絶縁膜が、前記第2導電部の外周を覆うように、前記第2導電部と前記第2光電変換部との間に配され、かつ、前記第2導電部と前記第1光電変換部との間に配されている、[13]に記載の固体撮像装置。
[15]
前記第1光電変換部、前記第2光電変換部及び前記第3光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して前記光電変換膜と対向して配置された電荷蓄積用電極を含む、[13]又は[14]に記載の固体撮像装置。
[16]
前記第1光電変換部、前記第2光電変換部及び前記第3光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と前記光電変換膜との間に配された転送層を更に含む、[13]から[15]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[17]
前記少なくとも1層の第1絶縁膜が、前記第1導電部の外周を覆うように、前記第1導電部と、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配され、
前記少なくとも1層の第2絶縁膜が、前記第2導電部の外周を覆うように、前記第2導電部と、前記第2光電変換部、前記第2光電変換部が含む前記転送層、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配されている、[16]に記載の固体撮像装置。
[18]
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する光電変換部と、を備え、
該光電変換部が、少なくとも、第1電極と、第2電極と、転送層と、該第2電極及び該転送層の間に配された光電変換膜と、該第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して該転送層と対向して配置された電荷蓄積用電極とを含み、
該第1電極が、少なくとも該光電変換膜及び第2電極を貫通し、
該第1電極と、該半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第1電極の外周の少なくとも一部に絶縁膜部が配され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。
[19]
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記第1電極の外周を覆うように、前記第1電極と、前記光電変換膜及び前記第2電極との間に配されている、[18]に記載の固体撮像装置。
[20]
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換するN個(Nは2以上の整数)の光電変換部と、を備え、
該N個の光電変換部が積層構造を有し、
該N個の光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換部とを含み、
該半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(nは2以上、N以下、ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)を少なくとも貫通する第n-1導電部を介して、該半導体基板側から数えてn番目(nは2以上、N以下)の該光電変換部の該第1電極と、半導体基板に形成された第n-1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第n-1導電部の外周の少なくとも一部に第n-1絶縁膜部が配され、
該第n-1絶縁膜部が、少なくとも1層の第n-1絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、該第n-1電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。
[21]
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、該半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)との間に配されている、[20]に記載の固体撮像装置。
[22]
前記第n-1導電部が、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板を貫通し、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板との間に配されている、[20]に記載の固体撮像装置。
[23]
前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が、前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が含む第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して、前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が含む前記光電変換膜と対向して配置されたN個の電荷蓄積用電極のそれぞれの電荷蓄積用電極を含む、[20]から[22]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[24]
前記第n光電変換部が複数の第n画素を有し、
1つの該第n画素が、1つの第nの前記電荷蓄積用電極を有し、
前記第n電荷蓄積部が、該複数の第n画素によって共有されている、[23]に記載の固体撮像装置。
[25]
前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)を少なくとも貫通する前記第n-1導電部を介して、前記第n光電変換部の前記第1電極及び前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)のそれぞれの前記第1電極と、前記半導体基板に形成された前記第n-1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
前記第n-1導電部の外周の少なくとも一部に前記第n-1絶縁膜部が配され、
前記第n-1絶縁膜部が、前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜から構成され、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有し、
前記第n光電変換部が複数の第n画素を有し、
前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部のそれぞれの光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)が複数の第1画素から第n-1画素のそれぞれの画素を有し、
1つの該第n画素が1つの第nの前記電荷蓄積用電極を有し、
1つの該第1画素から第n-1画素のそれぞれの画素(ただし、n=2のときは、第1画素)が、1つの第1から第n-1の前記電荷蓄積用電極のそれぞれの電荷蓄積用電極を有し、
前記第n-1電荷蓄積部が、少なくとも1つの前記第n画素と、少なくとも1つの前記第1画素から第n-1画素のそれぞれの画素と、によって共有されている、[24]に記載の固体撮像装置。
[26]
前記第n-1絶縁膜部が、前記第n-1電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有する第n-1絶縁膜と、高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜とから構成される、[20]から[25]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[27]
前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜が前記第n-1導電部の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部と、前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜との間に配されて、
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する第n-1絶縁膜と、前記第n-1光電変換部との間に配されている、[26]に記載の固体撮像装置。
[28]
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が前記第n-1導電部の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率を有する第n-1絶縁膜が前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部と、前記高誘電率を有する第n-1絶縁膜との間に配されて、
前記高誘電率を有する第n-1絶縁膜が、前記固定電荷を有する第n-1絶縁膜と、前記第光電変換部との間に配されている、[26]に記載の固体撮像装置。
[29]
前記N個の光電変換部のそれぞれの光電変換部が、前記第1電極と前記光電変換膜との間に配されたN個の転送層を更に含む、[20]から[28]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[30]
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部のそれぞれの光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)が含む前記転送層との間に配されている、[29]に記載の固体撮像装置。
[31]
前記第n導電部が、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)及び前記半導体基板を貫通し、
前記少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、前記第n-1導電部の外周を覆うように、前記第n-1導電部と、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)、前記半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部のそれぞれの光電変換部(ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)が含む前記転送層及び前記半導体基板との間に配されている、[29]に記載の固体撮像装置。
[32]
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部及び該第2光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続するために、該第1光電変換部及び該半導体基板を貫通する接続孔が形成され、
該接続孔内に導電部と絶縁膜部とが形成され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。
[33]
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周囲を覆うように、前記導電部と前記第1光電変換部との間に配されている、[32]に記載の固体撮像装置。
[34]
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周囲を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部及び前記半導体基板との間に配されている、[32]に記載の固体撮像装置。
[35]
前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と離間して配置され、かつ、絶縁層を介して前記光電変換膜と対向して配置された電荷蓄積用電極を含む、[32]から[34]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[36]
前記第2光電変換部が複数の画素を有し、
1つの該画素が、1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
前記電荷蓄積部が、該複数の画素によって共有されている、[32]から[35]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[37]
前記第1光電変換部の前記第1電極及び前記第2光電変換部の前記第1電極と、前記半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続するために、前記第1光電変換部及び前記半導体基板を貫通する接続孔が形成され、
該接続孔内に導電部と絶縁膜部とが形成され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有し、
前記第1光電変換部が複数の第1画素を有し、
前記第2光電変換部が複数の第2画素を有し、
1つの該第1画素が1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
1つの該第2画素が1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
該電荷蓄積部が、少なくとも1つの該第1画素と少なくとも1つの該第2画素とによって共有されている、[32]から[36]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[38]
前記絶縁膜部が、前記電荷蓄積部に蓄積する前記電荷と同種の固定電荷を有する絶縁膜と、高誘電率材料を有する絶縁膜とから構成される、[32]から[37]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[39]
前記高誘電率材料を有する絶縁膜が前記導電部の外周囲を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が前記高誘電率材料を有する絶縁膜の外周囲を覆うように配されて、
前記高誘電率材料を有する絶縁膜が、前記導電部と、前記固定電荷を有する絶縁膜との間に配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する絶縁膜と、前記第1光電変換部との間に配されている、[38]に記載の固体撮像装置。
[40]
前記固定電荷を有する絶縁膜が前記導電部の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率を有する絶縁膜が前記固定電荷を有する絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が、前記導電部と、前記高誘電率を有する絶縁膜との間に配されて、
前記高誘電率を有する絶縁膜が、前記固定電荷を有する絶縁膜と、前記第1光電変換部との間に配されている、[38]に記載の固体撮像装置。
[41]
前記第1光電変換部及び前記第2光電変換部のそれぞれが、前記第1電極と前記光電変換膜との間に配された転送層を更に含む、[32]から[40]のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
[42]
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周囲を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配されている、[41]に記載の固体撮像装置。
[43]
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周囲を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部、前記第1光電変換部が含む前記転送層及び前記半導体基板との間に配されている、[41]に記載の固体撮像装置。
[44]
半導体基板と、
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部及び該第2光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第1光電変換部の光電変換膜を少なくとも貫通する導電部を介して、該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該導電部の外周の少なくとも一部に絶縁膜部が配され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。
[45]
[1]から[44]のいずれか1つに記載の固体撮像装置が搭載された、電子機器。
The present technology can also be configured as follows.
[1]
A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
electrically connecting the first electrode of the second photoelectric conversion unit and a charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a conductive portion that penetrates at least the first photoelectric conversion unit;
an insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the conductive portion;
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section.
[2]
The solid-state imaging device according to [1], wherein the at least one insulating film is disposed between the conductive portion and the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the conductive portion.
[3]
The solid-state imaging device described in [1], wherein the conductive portion penetrates the first photoelectric conversion portion and reaches into the semiconductor substrate, and the at least one layer of insulating film is arranged between the conductive portion, the first photoelectric conversion portion, and the semiconductor substrate so as to cover an outer periphery of the conductive portion.
[4]
A solid-state imaging device described in any one of [1] to [3], wherein each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit includes a charge storage electrode arranged at a distance from the first electrode and facing the photoelectric conversion film via an insulating layer.
[5]
the second photoelectric conversion unit has a plurality of pixels,
One pixel has one of the charge storage electrodes,
The solid-state imaging device according to [4], wherein the charge storage section is shared by the plurality of pixels.
[6]
electrically connecting the first electrode of the first photoelectric conversion unit and the first electrode of the second photoelectric conversion unit to the charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a conductive portion that penetrates at least the first photoelectric conversion unit;
the insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the conductive portion,
the insulating film portion is composed of the at least one insulating film,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section,
the first photoelectric conversion unit has a plurality of first pixels,
the second photoelectric conversion unit has a plurality of second pixels,
One of the first pixels has one of the charge storage electrodes,
One of the second pixels has one of the charge storage electrodes,
The solid-state imaging device according to [4] or [5], wherein the charge storage section is shared by at least one of the first pixels and at least one of the second pixels.
[7]
A solid-state imaging device according to any one of [1] to [6], wherein the insulating film section is composed of an insulating film having a fixed charge of the same type as the charge stored in the charge storage section, and an insulating film having a high dielectric constant material.
[8]
an insulating film having the high dielectric constant material is disposed so as to cover an outer periphery of the conductive portion,
the insulating film having a fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the insulating film having a high dielectric constant material,
an insulating film having the high dielectric constant material is disposed between the conductive portion and the insulating film having the fixed charge,
The solid-state imaging device according to [7], wherein the insulating film having the fixed charge is disposed between the insulating film having the high dielectric constant material and the first photoelectric conversion section.
[9]
the insulating film having a fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the conductive portion,
the insulating film having a high dielectric constant is disposed so as to cover an outer periphery of the insulating film having a fixed charge,
the insulating film having a fixed charge is disposed between the conductive portion and the insulating film having a high dielectric constant,
The solid-state imaging device according to [7], wherein the insulating film having a high dielectric constant is disposed between the insulating film having a fixed charge and the first photoelectric conversion unit.
[10]
A solid-state imaging device described in any one of [1] to [9], wherein each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit further includes a transfer layer arranged between the first electrode and the photoelectric conversion film.
[11]
The solid-state imaging device described in [10], wherein the at least one insulating film is arranged between the conductive portion and the first photoelectric conversion portion and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion so as to cover the outer periphery of the conductive portion.
[12]
the conductive portion penetrates the first photoelectric conversion portion and reaches the inside of the semiconductor substrate,
The solid-state imaging device described in [10], wherein the at least one insulating film is arranged between the conductive portion, the first photoelectric conversion portion, the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion, and the semiconductor substrate so as to cover the outer periphery of the conductive portion.
[13]
A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
a third photoelectric conversion unit provided above the second photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
electrically connecting the first electrode of the second photoelectric conversion unit and a first charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a first conductive unit that at least penetrates the first photoelectric conversion unit;
a first insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the first conductive portion;
the first insulating film portion is composed of at least one first insulating film layer,
the at least one first insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the first charge storage portion;
electrically connecting the first electrode of the third photoelectric conversion unit and a second charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a second conductive unit that penetrates at least the second photoelectric conversion unit and the first photoelectric conversion unit;
a second insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the second conductive portion;
the second insulating film portion is composed of at least one layer of a second insulating film,
the at least one second insulating film has a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the second charge accumulation portion.
[14]
the at least one first insulating film is disposed between the first conductive portion and the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the first conductive portion;
A solid-state imaging device as described in [13], wherein the at least one layer of second insulating film is arranged between the second conductive portion and the second photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the second conductive portion, and is also arranged between the second conductive portion and the first photoelectric conversion portion.
[15]
A solid-state imaging device as described in [13] or [14], wherein each of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit includes a charge storage electrode arranged at a distance from the first electrode and facing the photoelectric conversion film via an insulating layer.
[16]
A solid-state imaging device described in any one of [13] to [15], wherein each of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit further includes a transfer layer arranged between the first electrode and the photoelectric conversion film.
[17]
the at least one first insulating film is disposed between the first conductive portion, and the first photoelectric conversion portion and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the first conductive portion;
The solid-state imaging device described in [16], wherein the at least one second insulating film is arranged between the second conductive portion, the second photoelectric conversion portion, the transfer layer included in the second photoelectric conversion portion, the first photoelectric conversion portion, and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion, so as to cover the outer periphery of the second conductive portion.
[18]
A semiconductor substrate;
a photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
the photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, a transfer layer, a photoelectric conversion film disposed between the second electrode and the transfer layer, and a charge storage electrode disposed apart from the first electrode and facing the transfer layer via an insulating layer;
the first electrode penetrates at least the photoelectric conversion film and the second electrode;
electrically connecting the first electrode to a charge storage portion formed in the semiconductor substrate;
an insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the first electrode;
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section.
[19]
The solid-state imaging device according to [18], wherein the at least one insulating film is arranged between the first electrode and the photoelectric conversion film and the second electrode so as to cover an outer periphery of the first electrode.
[20]
A semiconductor substrate;
N (N is an integer of 2 or more) photoelectric conversion units provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges,
The N photoelectric conversion units have a stacked structure,
Each of the N photoelectric conversion units includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion unit disposed between the first electrode and the second electrode,
the first electrode of the nth photoelectric conversion unit (n is 2 or more and N or less) counting from the semiconductor substrate side is electrically connected to the n-1th charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via an n-1th conductive portion that penetrates at least the 1st to the n-1th photoelectric conversion units (n is 2 or more and N or less, however, when n=2, it is the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate);
an (n-1)th insulating film portion is disposed on at least a portion of an outer periphery of the (n-1)th conductive portion;
the (n-1)th insulating film portion is composed of at least one (n-1)th insulating film layer,
the at least one (n-1)th insulating film has a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the (n-1)th charge accumulation section.
[21]
A solid-state imaging device according to [20], wherein the at least one n-1th insulating film is arranged between the n-1th conductive portion and the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) so as to cover the outer periphery of the n-1th conductive portion.
[22]
the n-1 conductive portion penetrates through the first to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the first photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) and the semiconductor substrate;
A solid-state imaging device as described in [20], wherein the at least one n-1th insulating film is arranged between the n-1th conductive portion and the 1st to n-1th photoelectric conversion portions (when n=2, the 1st photoelectric conversion portion) counting from the semiconductor substrate and the semiconductor substrate so as to cover the outer periphery of the n-1th conductive portion.
[23]
A solid-state imaging device described in any one of [20] to [22], wherein each photoelectric conversion unit of the N photoelectric conversion units is arranged at a distance from a first electrode included in each photoelectric conversion unit of the N photoelectric conversion units, and includes each charge storage electrode of the N charge storage electrodes arranged opposite the photoelectric conversion film included in each photoelectric conversion unit of the N photoelectric conversion units via an insulating layer.
[24]
the nth photoelectric conversion unit has a plurality of nth pixels,
One of the n-th pixels has one of the n-th charge storage electrodes,
The solid-state imaging device according to [23], wherein the nth charge accumulation portion is shared by the plurality of nth pixels.
[25]
the first electrode of the nth photoelectric conversion unit and each of the first to n-1th photoelectric conversion units counting from the semiconductor substrate (when n=2, the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate) are electrically connected to the n-1th charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via the n-1th conductive unit penetrating at least the first to n-1th photoelectric conversion units counting from the semiconductor substrate (when n=2, the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate);
the (n-1)th insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the (n-1)th conductive portion;
the (n-1)th insulating film portion is composed of the at least one (n-1)th insulating film,
the at least one (n-1)th insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the (n-1)th charge storage portion,
the nth photoelectric conversion unit has a plurality of nth pixels,
each of the first to n-1th photoelectric conversion units counting from the semiconductor substrate (when n=2, the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate) has a plurality of first pixels to n-1th pixels,
Each of the n-th pixels has the n-th charge storage electrode,
Each of the first pixel to the (n-1)th pixel (wherein, when n=2, the first pixel) has a charge storage electrode, each of the first pixel to the (n-1)th pixel,
The solid-state imaging device according to [24], wherein the (n-1)th charge accumulation portion is shared by at least one of the nth pixel and at least one of each of the 1st pixel to the (n-1)th pixel.
[26]
The solid-state imaging device according to any one of [20] to [25], wherein the n-1 insulating film portion is composed of an n-1 insulating film having a fixed charge of the same type as the charge stored in the n-1 charge storage portion, and an n-1 insulating film having a high dielectric constant material.
[27]
the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant material is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th conductive portion,
the (n-1)th insulating film having the fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant material,
the n-1th insulating film having the high dielectric constant material is disposed between the n-1th conductive portion and the n-1th insulating film having the fixed charge,
The solid-state imaging device according to [26], wherein the (n-1)th insulating film having the fixed charge is disposed between the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant material and the (n-1)th photoelectric conversion section.
[28]
the (n-1)th insulating film having the fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th conductive portion,
the (n-1)th insulating film having a high dielectric constant is disposed so as to cover an outer periphery of the (n-1)th insulating film having a fixed charge,
the (n-1)th insulating film having the fixed charge is disposed between the (n-1)th conductive portion and the (n-1)th insulating film having the high dielectric constant,
The solid-state imaging device according to [26], wherein the n-1th insulating film having the high dielectric constant is disposed between the n-1th insulating film having the fixed charge and the photoelectric conversion section.
[29]
A solid-state imaging device described in any one of [20] to [28], wherein each of the N photoelectric conversion units further includes N transfer layers arranged between the first electrode and the photoelectric conversion film.
[30]
The solid-state imaging device described in [29], wherein the at least one n-1th insulating film is arranged between the n-1th conductive portion and the transfer layer including the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) and each of the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate).
[31]
the n-th conductive portion penetrates through the first to (n-1)th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the first photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate) and the semiconductor substrate;
The solid-state imaging device described in [29], wherein the at least one n-1th insulating film is arranged between the n-1th conductive portion and the transfer layer and the semiconductor substrate included in the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate), and each of the 1st to n-1th photoelectric conversion portions counting from the semiconductor substrate (however, when n=2, the 1st photoelectric conversion portion counting from the semiconductor substrate).
[32]
A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
a connection hole penetrating the first photoelectric conversion unit and the semiconductor substrate is formed to electrically connect the first electrode of the second photoelectric conversion unit and a charge accumulation unit formed in the semiconductor substrate;
A conductive portion and an insulating film portion are formed in the connection hole,
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section.
[33]
The solid-state imaging device according to [32], wherein the at least one insulating film is arranged between the conductive portion and the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the conductive portion.
[34]
The solid-state imaging device according to [32], wherein the at least one insulating film is arranged between the conductive portion, the first photoelectric conversion portion, and the semiconductor substrate so as to cover an outer periphery of the conductive portion.
[35]
A solid-state imaging device described in any one of [32] to [34], wherein each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit includes a charge storage electrode arranged at a distance from the first electrode and facing the photoelectric conversion film via an insulating layer.
[36]
the second photoelectric conversion unit has a plurality of pixels,
One pixel has one of the charge storage electrodes,
The solid-state imaging device according to any one of [32] to [35], wherein the charge storage section is shared by the plurality of pixels.
[37]
a connection hole penetrating the first photoelectric conversion unit and the semiconductor substrate is formed to electrically connect the first electrode of the first photoelectric conversion unit and the first electrode of the second photoelectric conversion unit to a charge accumulation unit formed in the semiconductor substrate;
A conductive portion and an insulating film portion are formed in the connection hole,
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage portion;
the first photoelectric conversion unit has a plurality of first pixels,
the second photoelectric conversion unit has a plurality of second pixels,
One of the first pixels has one of the charge storage electrodes,
One of the second pixels has one of the charge storage electrodes,
The solid-state imaging device according to any one of [32] to [36], wherein the charge storage section is shared by at least one of the first pixels and at least one of the second pixels.
[38]
A solid-state imaging device according to any one of [32] to [37], wherein the insulating film section is composed of an insulating film having a fixed charge of the same type as the charge stored in the charge storage section, and an insulating film having a high dielectric constant material.
[39]
an insulating film having the high dielectric constant material is disposed so as to cover an outer periphery of the conductive portion,
the insulating film having a fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the insulating film having a high dielectric constant material,
an insulating film having the high dielectric constant material is disposed between the conductive portion and the insulating film having the fixed charge,
The solid-state imaging device according to [38], wherein the insulating film having a fixed charge is disposed between the insulating film having the high dielectric constant material and the first photoelectric conversion section.
[40]
the insulating film having a fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the conductive portion,
the insulating film having a high dielectric constant is disposed so as to cover an outer periphery of the insulating film having a fixed charge,
the insulating film having a fixed charge is disposed between the conductive portion and the insulating film having a high dielectric constant,
The solid-state imaging device according to [38], wherein the insulating film having a high dielectric constant is disposed between the insulating film having a fixed charge and the first photoelectric conversion unit.
[41]
A solid-state imaging device described in any one of [32] to [40], wherein each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit further includes a transfer layer arranged between the first electrode and the photoelectric conversion film.
[42]
A solid-state imaging device as described in [41], wherein the at least one insulating film is arranged between the conductive portion and the first photoelectric conversion portion and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion so as to cover the outer periphery of the conductive portion.
[43]
A solid-state imaging device as described in [41], wherein the at least one insulating film is arranged between the conductive portion, the first photoelectric conversion portion, the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion, and the semiconductor substrate so as to cover the outer periphery of the conductive portion.
[44]
A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
electrically connecting the first electrode of the second photoelectric conversion unit and a charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a conductive unit that penetrates at least a photoelectric conversion film of the first photoelectric conversion unit;
an insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the conductive portion;
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section.
[45]
An electronic device equipped with the solid-state imaging device according to any one of [1] to [44].
1(1-1、1-2、1-10)・・・電荷蓄積用電極、
2(2-1、2-2)・・・第2電極、
3、5、35・・・光電変換膜、
4、4-1、6、46・・・転送層、
7、8、7000・・・第1電極(読出し電極)、
9・・・フォトダイオード(PD)、
10、10-3、11・・・絶縁層、
12、14、15・・・導電部(貫通電極)、
13、130、131(131-1、131-2)・・・ビア、
30・・・半導体基板、
41、42、43、44、45・・・電荷蓄積部(フローティングディフュージョン(FD))、
51(51-1、51-2)、52(52-1、52-2)、53(53-c、53-d、53-e、53-f)、54(54-c、54-d、54-e、54-f)、55(55-a、55-b)、56(56-1、56-2)、57(57-1、57-2)、58(58-1、58-2)、59(59-1、59-2)、510(510-1、510-2)、511a(511a-1、511a-2)、511b(511b-1、511b-2)、513(513-1、513-2)、514(514-1、514-2)、515a(515a-1、515a-2)、515b(515b-1、515b-2)、516(516-1、516-2)、517(517-1、517-2)、518(518-1、518-2)、519(519-1、519-2)・・・固定電荷を有する絶縁膜、
150(150-1、150-2、150-6、150-7、150-8、150-9、150-10、150-11、150-15、150-16、150-17)、
160(160-13、160-14)、
1214(1214-1、1214-2、1214-6、1214-7、1214-8、1214-9、1214-10、1214-11、1214-15-1、1214-15-2、1214-16、1214-17・・・接続孔、
100、200、300、4000、500(500a、500b)、600、700、800、900、1000、1100、1200(1200a、1200b)、1300、1400、1500、1600、1700・・・固体撮像装置。
1 (1-1, 1-2, 1-10)...electrode for charge storage,
2 (2-1, 2-2)... second electrode,
3, 5, 35...photoelectric conversion film,
4, 4-1, 6, 46...transfer layer,
7, 8, 7000...first electrode (read electrode),
9...Photodiode (PD),
10, 10-3, 11...insulating layer,
12, 14, 15...conductive portion (through electrode),
13, 130, 131 (131-1, 131-2) ... vias,
30...semiconductor substrate,
41, 42, 43, 44, 45...Charge storage portion (floating diffusion (FD)),
51 (51-1, 51-2), 52 (52-1, 52-2), 53 (53-c, 53-d, 53-e, 53-f), 54 (54-c, 54-d , 54-e, 54-f), 55 (55-a, 55-b) , 56 (56-1, 56-2), 57 (57-1, 57-2), 58 (58-1, 58-2), 59 (59-1, 59-2), 510 (510-1 , 510-2), 511a (511a-1, 511a -2), 511b (511b-1, 511b-2), 513 (513-1, 513-2), 514 (514-1, 514-2), 515a (515a-1, 515a-2), 515b ( 515b-1, 515b-2), 516 (516-1, 516-2), 517 (517-1, 517-2), 518 (518-1, 518-2), 519 (519-1, 519- 2) An insulating film having a fixed charge;
150 (150-1, 150-2, 150-6, 150-7, 150-8, 150-9, 150-10, 150-11, 150-15, 150-16, 150-17),
160 (160-13, 160-14),
1214 (1214-1, 1214-2, 1214-6, 1214-7, 1214-8, 1214-9, 1214-10, 1214-11, 1214-15-1, 1214-15-2, 1214-16, 1214-17 ... Connection hole,
100, 200, 300, 4000, 500 (500a, 500b), 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200 (1200a, 1200b), 1300, 1400, 1500, 1600, 1700... solid-state imaging device.
Claims (17)
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部及び該第2光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第1光電変換部を少なくとも貫通する導電部を介して、該第1光電変換部の該第1電極と、該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該導電部の外周の少なくとも一部に絶縁膜部が配され、
該絶縁膜部が、少なくとも1層の絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の絶縁膜が、該電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。 A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
electrically connecting the first electrode of the first photoelectric conversion unit, the first electrode of the second photoelectric conversion unit, and a charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a conductive portion that at least penetrates the first photoelectric conversion unit;
an insulating film portion is disposed on at least a part of the outer periphery of the conductive portion;
the insulating film portion is composed of at least one insulating film layer,
the at least one insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the charge storage section.
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部及び前記半導体基板との間に配されている、請求項1に記載の固体撮像装置。 the conductive portion penetrates the first photoelectric conversion portion and reaches the inside of the semiconductor substrate,
The solid-state imaging device according to claim 1 , wherein the at least one insulating film is disposed between the conductive portion and the first photoelectric conversion portion and the semiconductor substrate so as to cover an outer periphery of the conductive portion.
1つの該画素が、1つの前記電荷蓄積用電極を有し、
前記電荷蓄積部が、該複数の画素によって共有されている、請求項4に記載の固体撮像装置。 the second photoelectric conversion unit has a plurality of pixels,
One pixel has one of the charge storage electrodes,
The solid-state imaging device according to claim 4 , wherein the charge storage portion is shared by the plurality of pixels.
前記固定電荷を有する絶縁膜が前記高誘電率材料を有する絶縁膜の外周を覆うように配されて、
前記高誘電率材料を有する絶縁膜が、前記導電部と、前記固定電荷を有する絶縁膜との間に配されて、
前記固定電荷を有する絶縁膜が、前記高誘電率材料を有する絶縁膜と、前記第1光電変換部との間に配されている、請求項6に記載の固体撮像装置。 an insulating film having the high dielectric constant material is disposed so as to cover an outer periphery of the conductive portion,
the insulating film having a fixed charge is disposed so as to cover an outer periphery of the insulating film having a high dielectric constant material,
an insulating film having the high dielectric constant material is disposed between the conductive portion and the insulating film having the fixed charge,
The solid-state imaging device according to claim 6 , wherein the insulating film having a fixed charge is disposed between the insulating film having a high dielectric constant material and the first photoelectric conversion portion.
前記少なくとも1層の絶縁膜が、前記導電部の外周を覆うように、前記導電部と、前記第1光電変換部、前記第1光電変換部が含む前記転送層及び前記半導体基板との間に配されている、請求項8に記載の固体撮像装置。 the conductive portion penetrates the first photoelectric conversion portion and reaches the inside of the semiconductor substrate,
9. The solid-state imaging device of claim 8, wherein the at least one insulating film is arranged between the conductive portion and the first photoelectric conversion portion, the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion, and the semiconductor substrate so as to cover an outer periphery of the conductive portion.
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換する第1光電変換部と、
該第1光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第2光電変換部と、
該第2光電変換部の上方に設けられ、光を電荷に変換する第3光電変換部と、を備え、
該第1光電変換部、該第2光電変換部及び該第3光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換膜とを含み、
該第1光電変換部を少なくとも貫通する第1導電部を介して、該第1光電変換部の該第1電極と、該第2光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された第1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第1導電部の外周の少なくとも一部に第1絶縁膜部が配され、
該第1絶縁膜部が、少なくとも1層の第1絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第1絶縁膜が、該第1電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有し、
該第2光電変換部及び該第1光電変換部を少なくとも貫通する第2導電部を介して、該第1光電変換部の該第1電極と、該第2光電変換部の該第1電極と、該第3光電変換部の該第1電極と、該半導体基板に形成された第2電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第2導電部の外周の少なくとも一部に第2絶縁膜部が配され、
該第2絶縁膜部が、少なくとも1層の第2絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第2絶縁膜が、該第2電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。 A semiconductor substrate;
a first photoelectric conversion unit provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges;
a second photoelectric conversion unit provided above the first photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
a third photoelectric conversion unit provided above the second photoelectric conversion unit and configured to convert light into electric charges;
each of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit, and the third photoelectric conversion unit includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion film disposed between the first electrode and the second electrode;
electrically connecting the first electrode of the first photoelectric conversion unit, the first electrode of the second photoelectric conversion unit, and a first charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a first conductive portion that at least penetrates the first photoelectric conversion unit;
a first insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the first conductive portion;
the first insulating film portion is composed of at least one first insulating film layer,
the at least one first insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the first charge storage portion;
electrically connecting the first electrode of the first photoelectric conversion unit, the first electrode of the second photoelectric conversion unit, the first electrode of the third photoelectric conversion unit, and a second charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate via a second conductive unit that penetrates at least the second photoelectric conversion unit and the first photoelectric conversion unit;
a second insulating film portion is disposed on at least a part of an outer periphery of the second conductive portion;
the second insulating film portion is composed of at least one layer of a second insulating film,
the at least one second insulating film has fixed charges of the same type as the charges stored in the second charge storage portion.
前記少なくとも1層の第2絶縁膜が、前記第2導電部の外周を覆うように、前記第2導電部と前記第2光電変換部との間に配され、かつ、前記第2導電部と前記第1光電変換部との間に配されている、請求項11に記載の固体撮像装置。 the at least one first insulating film is disposed between the first conductive portion and the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the first conductive portion;
The solid-state imaging device of claim 11, wherein the at least one layer of second insulating film is arranged between the second conductive portion and the second photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the second conductive portion, and is also arranged between the second conductive portion and the first photoelectric conversion portion.
前記少なくとも1層の第2絶縁膜が、前記第2導電部の外周を覆うように、前記第2導電部と、前記第2光電変換部、前記第2光電変換部が含む前記転送層、前記第1光電変換部及び前記第1光電変換部が含む前記転送層との間に配されている、請求項14に記載の固体撮像装置。 the at least one first insulating film is disposed between the first conductive portion, and the first photoelectric conversion portion and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion so as to cover an outer periphery of the first conductive portion;
The solid-state imaging device of claim 14, wherein the at least one second insulating film is arranged between the second conductive portion and the second photoelectric conversion portion, the transfer layer included in the second photoelectric conversion portion, the first photoelectric conversion portion, and the transfer layer included in the first photoelectric conversion portion, so as to cover an outer periphery of the second conductive portion.
該半導体基板の上方に設けられ、光を電荷に変換するN個(Nは2以上の整数)の光電変換部と、を備え、
該N個の光電変換部が積層構造を有し、
該N個の光電変換部のそれぞれが、少なくとも、第1電極と、第2電極と、該第1電極及び該第2電極の間に配された光電変換部とを含み、
該半導体基板から数えて1番目からn-1番目の光電変換部(nは2以上、N以下、ただし、n=2のときは、該半導体基板から数えて1番目の光電変換部)を少なくとも貫通する第n-1導電部を介して、該半導体基板側から数えてn-1番目(nは2以上、N以下)の該光電変換部の該第1電極と、該半導体基板側から数えてn番目(nは2以上、N以下)の該光電変換部の該第1電極と、半導体基板に形成された第n-1電荷蓄積部とを電気的に接続し、
該第n-1導電部の外周の少なくとも一部に第n-1絶縁膜部が配され、
該第n-1絶縁膜部が、少なくとも1層の第n-1絶縁膜から構成され、
該少なくとも1層の第n-1絶縁膜が、該第n-1電荷蓄積部に蓄積する該電荷と同種の固定電荷を有する、固体撮像装置。 A semiconductor substrate;
N (N is an integer of 2 or more) photoelectric conversion units provided above the semiconductor substrate and configured to convert light into electric charges,
The N photoelectric conversion units have a stacked structure,
Each of the N photoelectric conversion units includes at least a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion unit disposed between the first electrode and the second electrode,
the first electrode of the n-1th (n is 2 or more and N or less) photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate side, the first electrode of the nth (n is 2 or more and N or less) photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate side, and the n-1th charge accumulation unit formed on the semiconductor substrate are electrically connected via an n-1th conductive portion penetrating at least the 1st to the n-1th photoelectric conversion units (n is 2 or more and N or less, however, when n=2, it is the first photoelectric conversion unit counting from the semiconductor substrate);
an (n-1)th insulating film portion is disposed on at least a portion of an outer periphery of the (n-1)th conductive portion;
the (n-1)th insulating film portion is composed of at least one (n-1)th insulating film layer,
the at least one (n-1)th insulating film has a fixed charge of the same type as the charge accumulated in the (n-1)th charge accumulation section.
An electronic device comprising the solid-state imaging device according to claim 1 .
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2019209714 | 2019-11-20 | ||
| JP2019209714 | 2019-11-20 | ||
| PCT/JP2020/041007 WO2021100446A1 (en) | 2019-11-20 | 2020-11-02 | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2021100446A1 JPWO2021100446A1 (en) | 2021-05-27 |
| JP7604389B2 true JP7604389B2 (en) | 2024-12-23 |
Family
ID=75980733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021558262A Active JP7604389B2 (en) | 2019-11-20 | 2020-11-02 | Solid-state imaging device and electronic device |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US12125858B2 (en) |
| JP (1) | JP7604389B2 (en) |
| CN (1) | CN114616672A (en) |
| WO (1) | WO2021100446A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20250165384A (en) * | 2023-03-31 | 2025-11-25 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Photodetectors and electronic devices |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011253861A (en) | 2010-05-31 | 2011-12-15 | Fujifilm Corp | Photoelectric conversion element, image pickup device, and method for driving photoelectric conversion element |
| JP2013219082A (en) | 2012-04-04 | 2013-10-24 | Sony Corp | Solid state image pickup device and electronic apparatus |
| JP2014225560A (en) | 2013-05-16 | 2014-12-04 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic equipment |
| JP2015053296A (en) | 2013-01-28 | 2015-03-19 | ソニー株式会社 | Semiconductor element and semiconductor device having the same |
| JP2018098495A (en) | 2016-12-14 | 2018-06-21 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus |
| JP2019041018A (en) | 2017-08-25 | 2019-03-14 | ソニー株式会社 | Imaging device, stacked imaging device and solid-state imaging device |
| JP2019133964A (en) | 2016-08-08 | 2019-08-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Photoelectric conversion element and imaging apparatus |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012191222A (en) | 2012-05-21 | 2012-10-04 | Fujifilm Corp | Manufacturing method of photoelectric conversion element |
| WO2019181456A1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging element and solid-state imaging device |
-
2020
- 2020-11-02 JP JP2021558262A patent/JP7604389B2/en active Active
- 2020-11-02 WO PCT/JP2020/041007 patent/WO2021100446A1/en not_active Ceased
- 2020-11-02 US US17/755,950 patent/US12125858B2/en active Active
- 2020-11-02 CN CN202080075661.4A patent/CN114616672A/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011253861A (en) | 2010-05-31 | 2011-12-15 | Fujifilm Corp | Photoelectric conversion element, image pickup device, and method for driving photoelectric conversion element |
| JP2013219082A (en) | 2012-04-04 | 2013-10-24 | Sony Corp | Solid state image pickup device and electronic apparatus |
| JP2015053296A (en) | 2013-01-28 | 2015-03-19 | ソニー株式会社 | Semiconductor element and semiconductor device having the same |
| JP2014225560A (en) | 2013-05-16 | 2014-12-04 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic equipment |
| JP2019133964A (en) | 2016-08-08 | 2019-08-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Photoelectric conversion element and imaging apparatus |
| JP2018098495A (en) | 2016-12-14 | 2018-06-21 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus |
| JP2019041018A (en) | 2017-08-25 | 2019-03-14 | ソニー株式会社 | Imaging device, stacked imaging device and solid-state imaging device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2021100446A1 (en) | 2021-05-27 |
| JPWO2021100446A1 (en) | 2021-05-27 |
| CN114616672A (en) | 2022-06-10 |
| US20220392931A1 (en) | 2022-12-08 |
| US12125858B2 (en) | 2024-10-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210313368A1 (en) | Solid-state imaging apparatus, method for manufacturing the same, and electronic device | |
| JP7753091B2 (en) | Solid-state imaging device and electronic device | |
| JP7199371B2 (en) | Solid-state image sensor and electronic equipment | |
| US11398514B2 (en) | Solid-state image pickup device, manufacturing method therefor, and electronic apparatus | |
| US12191326B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| US11991463B2 (en) | Imaging element, imaging element driving method, and electronic device | |
| JP7629867B2 (en) | Solid-state imaging device and electronic device | |
| JP7589147B2 (en) | Solid-state imaging device, driving method thereof, and electronic device | |
| KR20210031650A (en) | Solid-state imaging devices and electronic devices | |
| US12557415B2 (en) | Imaging element and imaging device | |
| JP7631226B2 (en) | Solid-state imaging device and electronic device | |
| KR20240096772A (en) | Imaging device and electronic device | |
| US20240030252A1 (en) | Solid-state imaging device and electronic apparatus | |
| KR20230071123A (en) | Solid-state imaging devices and electronic devices | |
| JP7604389B2 (en) | Solid-state imaging device and electronic device | |
| JP7665537B2 (en) | Solid-state imaging device and electronic device | |
| US20250022897A1 (en) | Light detection device and optical filter | |
| WO2024038703A1 (en) | Light detection device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230921 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240806 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240927 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20241112 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20241211 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7604389 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |